Hüttenaluminium- Druckguss-Legierungen

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1 Hüttenaluminium- Druckguss-Legierungen RHEINFELDEN ALLOYS

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3 Inhaltsverzeichnis Druckguss-Legierungen-Handbuch der Rheinfelden Alloys Allgemeines ALUMINIUM RHEINFELDEN group Rheinfelden fast Alloys Lieferformen Kundenberatung, Entwicklung und Verkaufsservice Aluminium-Gusslegierungen von Rheinfelden ALLOYS Legierungsprofile für den Druckgießer Publikationen Legierungen Castasil -37 AlSi9MnMoZr Castasil -21 AlSi9Sr Silafont -36 AlSi10MnMg Silafont -38 AlSi9MnMgZn Castaman -35 AlSi10MnMg Thermodur -72/-73 AlMg7Si3Mn AlSi11Cu2Ni2Mg2Mn Magsimal -59 AlMg5Si2Mn Verarbeitungsmerkblätter Technische Informationen / Verarbeitungsmerkblätter Castasil -37 Castasil -21 Silafont -36 Silafont -38 Thermodur -72 Magsimal -59 Technische Informationen Oberflächenbeschichtung Fügen von Druckgussstücken Acht Zielstufen des Druckgusses Impressum 1

4 Aluminium Rheinfelden group Fortschritt aus Tradition ALUMINIUM RHEINFELDEN group: Mit ihr begann die Geschichte des Aluminiums in Deutschland. Das erste Laufkraftwerk Europas verhalf im Jahre 1898 zur Gründung der ersten Aluminium-Elektrolysehütte auf deutschem Boden, im badischen Rheinfelden. Schon immer auf drei Geschäftsfeldern tätig, entstand im Oktober 2008 im Zuge einer Umstrukturierung aus der Aluminium Rheinfelden GmbH eine Holding Gesellschaft und die bisherigen Geschäftsbereiche ALLOYS, SEMIS und CARBON wurden zu eigenständigen GmbH & Co. KGs. Die Group besteht aus RHEINFELDEN ALLOYS GmbH & Co. KG: Überall dort, wo Stahlkonstruktionen oder Eisenguss durch den leichten Aluminiumguss abgelöst werden können, ist RHEINFELDEN ALLOYS aktiv. Als starker Partner, vor allem für die Bereiche Automotive und Maschinenbau bietet RHEINFELDEN ALLOYS auf den Prozess und das Gussteil maßgeschneiderte Legierungen nach individuellen Kundenanforderungen. Tel Unsere Firmenpolitik Die RHEINFELDEN ALLOYS GmbH & Co. KG sieht sich als innovativer Hersteller von Aluminium Gusslegierungen, der sich schnell auf veränderliche Marktbedürfnisse einstellen kann. Die zentrale Lage im heterogenen europäischen Gussmarkt mit vielfach unterschiedlichen Anforderungen an den Werkstoff Aluminium bietet dabei Vorteile, ebenso wie die Agilität dieses inhabergeführten Unternehmens und der langjährige Erfahrungsschatz der Mitarbeiter. Die Firmenphilosophie von RHEINFELDEN ALLOYS ist es, auch die sich weiterentwickelnden geforderte Qualitätsstandards von ISO/VDA einzuhalten. Fragen Sie nach unseren aktuellen Zertifikaten oder entnehmen diese unserer Homepage. Werkstoff-Neuentwicklungen richten sich stets an einem effizienten und ressourcenschonenden Einsatz von Aluminiumguss aus. Stets ist Rheinfelden ALLOYS bestrebt, durch maßgeschneiderte und weiterentwickelte leistungsfähigere Werkstoffe zur Gewichtsreduzierung bei Kraftfahrzeugen beizutragen und so CO 2 -Emissionen den sogenannten Carbon Footprint zu reduzieren. RHEINFELDEN SEMIS GmbH & Co. KG RHEINFELDEN CARBON GmbH & Co. KG 2

5 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

6 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 760 kg Grundfläche mm Stapelgrundfläche mm Höhe bis 52 mm Stapelhöhe 780 mm Rheinfelden-Massel Der Masselstapel von RHEINFELDEN ALLOYS ist ein Einzelstapel bestehend aus 95 Einzelmasseln, inklusive der 4 Fußmasseln, hier in den maximal möglichen 13 Lagen. 4

7 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 CO 2 -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 Verarbeitungs verfahren 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 Die RHEINFELDEN-Entwicklung nutzt auch die Phasensimulation als ein Werkzeug zur Berechnung und Optimierung von temperaturabhängigen Werkstoffeigenschaften für eine Vielzahl von Aluminium legierungen. Hier dargestellt ist die Erstarrungssimulation der Magsimal-59 bei vollem Diffusionsausgleich, was gleichbedeutend mit einer unendlich langsamen Erstarrung ist. 5

8 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 im Detail auf Eigenschaften der hier genannten Gusswerkstoffe eingegangen. Legierung chemische Bezeichnung Anwendung im Gießverfahren Sandguss Kokillenguss Druckguss Bördelbarkeit elektrische Leitfähigkeit technisch anodisierbar Eignung zum Stanznieten Dehnung Festigkeit im Gusszustand Härte Korrosionsbeständigkeit für dünnwandige Konstruktionen Schweißbarkeit Schlagzähigkeit / Duktiliät Spanbarkeit bei F Spanbarkeit nach T6 Warmfestigkeit bei 200 C Anticorodal-70 AlSi7Mg0,3 Silafont-36 AlSi10MnMg Struktur- und Fahrwerksteile Silafont-38 Silafont-09 Silafont-20 Castaman-35 Castasil-37 Unifont-94 Castadur-30 AlSi10MnMgZn AlSi9 AlSi11Mg AlSi10MnMg AlSi9MnMoZr AlZn10Si8Mg AlZn3Mg3Cr Magsimal-59 AlMg5Si2Mn Alufont-52 AlCu4Ti Thermodur-72 AlMg7Si3Mn Thermodur-73 AlSi11Cu2Ni2Mg2Mn leitfähige Bauteile Anticorodal-71 AlSi7Mg0,3 Rotoren-Al 99,7 Al99,7 E Castasil-21 AlSi9Sr ausgezeichnet sehr gut gut ausreichend bedingt nicht angewandt 6

9 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 Gussverfahren 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 39 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 CO 2 -Ausstoß. 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 41 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 43 7

10 Legierungsprofile für den Druckgießer Castasil - 37 [ AlSi9MnMoZr ] keine Wärmebehandlung notwendig zum Erreichen hoher Dehnung gute Entformbarkeit; geeignet für geringste Wanddicken ohne Alterung bei Wärmebeeinflussung hohe Dehngrenze und ausgezeichnete Dehnung im Gusszustand sehr gute Korrosionsbeständigkeit hohe Dauerfestigkeit; höchste unter den AlSi-Druckgusslegierungen im Gusszustand ausgezeichnet schweißbar; geeignet für Bördeln, Clinchen und Stanznieten Zustand Wanddicke [ mm ] R p0,2 [ MPa ] R m [ MPa ] A [%] F F Castasil - 21 [ AlSi9Sr ] Höchste Wärme- und beste elektrische Leitfähigkeit bei AlSi-Druckgusslegierungen durch geringste Anteile an chemischen Störelementen geeignet für geringe Wanddicken gute Entformbarkeit ohne weitergehende Alterung bei Wärmebeeinflussung sehr gute Korrosionsbeständigkeit hohe Dehngrenze und Dehnung im Gusszustand oder nach Wärmebehandlung geeignet für Bördeln, Clinchen und Stanznieten, besonders im Zustand O Zustand R p0,2 [ MPa ] R m [ MPa ] A [%] Leitfähigkeit [ MS /m] F O Silafont - 36 [ AlSi10MnMg ] ausgezeichnet gießbar geeignet für geringste Wanddicken Magnesium-Gehalt auf unterschiedliche Anforderungen einstellbar gute Entformbarkeit wärmebehandelbar auf höchste Dehnung und hohes Energieaufnahmevermögen sehr gute Korrosionsbeständigkeit hohe Dauerfestigkeit ausgezeichnet schweißbar ausgezeichnet bearbeitbar geeignet für Bördeln, Clinchen und Stanznieten Zustand R p0,2 [ MPa ] R m [ MPa ] A [%] Härte [ HBW ] F T Silafont - 38 [ AlSi9MnMgZn ] ausgezeichnet gießbar, auch für geringe Wanddicken und schwieriger Entformbarkeit Luftabschreckung nach Lösungsglühen verringert Bauteil-Verzug Legierungsgehalte ermöglichen höchste Festigkeit und gutes Crash-Verhalten sehr gute Korrosionsbeständigkeit durch eng tolerierte Anteile hohe Dauerfestigkeit ausgezeichnet bearbeitbar und schweißbar geeignet für Stanznieten Zustand R p0,2 [ MPa ] R m [ MPa ] A [%] Härte [ HBW ] Wasser-T Luft-T

11 Castaman - 35 [ AlSi10MnMg ] ausgezeichnet gießbar, auch für große Bauteile gute Entformbarkeit Magnesium-Gehalt auf unterschiedliche Anforderungen einstellbar Wärmebehandlung T6 ermöglicht breiten Festigkeitsbereich sehr gute Korrosionsbeständigkeit bei hoher Dauerfestigkeit ausgezeichnet bearbeitbar und schweißbar geeignet für Bördeln, Clinchen und Stanznieten Zustand R p0,2 [ MPa ] R m [ MPa ] A [%] Härte [ HBW ] F T Thermodur - 72 [ AlMg7Si3Mn ] Anwendung im Gusszustand auch für dickwandigeren Druckguss geringe Schmelzeoxidation durch patentierte Legierungszusätze kein Kleben an der Form höhere Schwindung gegenüber AlSi-Legierungen hohe Dehnung auch bei Raumtemperatur sehr hohe Warmfestigkeit, gerade auch oberhalb 225 C sehr hohe Korrosionsbeständigkeit Auslagerung R p0,2 [ MPa ] R m [ MPa ] A [%] Härte [ HBW ] 20 C C / 500 h < 20 Thermodur - 73 [ AlSi11Cu2Ni2Mg2Mn ] ausgezeichnet gießbar, auch für dickwandige Bauteile geeignet T5 Stabilisierung möglich, verringert Bauteilverzug gute Korrosionsbeständigkeit durch eng tolerierte Anteile hohe Dauerfestigkeit als Fe-arme Gusslegierung ausgezeichnet bearbeitbar sehr hohe Härte sehr hohe Warmfestigkeit Auslagerung R p0,2 [ MPa ] R m [ MPa ] A [%] Härte [ HBW ] 150 C / 500 h < C / 500 h Magsimal - 59 [ AlMg5Si2Mn ] Anwendung im Gusszustand für Druckguss von 2 bis 8 mm Wanddicke kein Kleben an der Form höhere Schwindung gegenüber AlSi-Legierungen naturharte Legierung mit Aushärteeffekt sehr hohe Korrosionsbeständigkeit, keine Spannungsriss-Korrosion sehr hohe Dauerfestigkeit ausgezeichnet schweißbar, auch geeignet für Bördeln, Clinchen und Stanznieten Zustand Wanddicke [ mm ] R p0,2 [ MPa ] R m [ MPa ] A [%] F F

12 Publikationen Kataloge / Handbücher Hüttenaluminium-Gusslegierungen Hüttenaluminium-Gusslegierungen Handbuch Leporello Anwendungs- und Verarbeitungsmerkblätter Code Anticorodal-70/72 Ac-70, Ac Silafont-36 sf Silafont-38 sf Silafont-09 sf Castasil-21 Ci Castasil-37 Ci Castaman-35 Cm Thermodur-73 td-73 Unifont-94 Uf Magsimal-59 Ma Rotoren-Aluminium Al 99,7 - E 551 Berichte aus der Praxis und Legierungsentwicklung Code Producing Low-iron Ductile Aluminium Die Casting in Silafont Erfahrungen aus der Serienproduktion von druckgegossenen Lenkradskeletten in der Legierung Magsimal Qualitätsorientierte Schmelzeprüfung in der Aluminiumgießerei 623 Möglichkeiten des Aluminiumdruckgießens Anwendung dieser Technologie im Grenzbereich; Sf-36 und Ma Potentials of aluminium pressure die casting application of this technology close to the limits; Sf-36 and Ma Gründe, Aluminiumguss anzuwenden 629 Duktile Druckgusslegierung mit geringem Eisengehalt; Silafont Druckgusslegierung mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften im Gusszustand; Magsimal Nicht alternde duktile Druckgusslegierung für den Automobilbau; Castasil

13 Castasil -37 Große Flächen, hohe Maßhaltigkeit, hervorragend zu gießen Die von RHEINFELDEN ALLOYS entwickelte Castasil-37 besitzt im Gusszustand schon mechanische Eigenschaften, die denen herkömmlicher AlSi-Legierungen in der Dehnung überlegen sind. Gleichzeitig zeichnet sie sich durch eine einfache Handhabung in der Schmelzerei, sowie eine hervorragende Gieß- und Schweißbarkeit aus, was komplexe Konstruktionen und Gestaltung erlaubt. Beispielweise haben Stanznietversuche im Gusszustand gute Resultate erbracht. In der Hauptsache werden die mechanischen Eigenschaften durch das legierte Silizium, Mangan, Molybdän und Strontium beeinflusst. Ein niedriger Magnesium-Gehalt ist wichtig für das ausgezeichnet stabile Langzeitalterungsverhalten. Die chemische Zusammensetzung ergibt folgende Gießeigenschaften: ausgezeichnet gießbar geeignet für geringste Wanddicken gute Entformbarkeit Bei immer mehr Anwendungen, hauptsächlich im Automobilbau, erhalten weitere Eigenschaften höhere Bedeutung: hohe Dauerfestigkeit sehr gute Korrosionsbeständigkeit ausgezeichnet schweißbar ausgezeichnet bearbeitbar geeignet für Stanznieten und Clinchen geeignet für Klebeverbindungen im Fahrzeugbau 11

14 Castasil - 37 Eigenschaften auf einen Blick Chemische Zusammensetzung der Castasil - 37, AlSi9MnMoZr [%] Si Fe Cu Mn Mg Zn Mo Zr Ti Sr min. 8,5 0,35 0,1 0,1 0,006 andere gesamt max. 10,5 0,15 0,05 0,6 0,06 0,07 0,3 0,3 0,15 0,025 0,10 Mechanische Eigenschaften Wanddicke [ mm ] Dehngrenze R p0,2 [MPa ] Zugfestigkeit R m [ MPa ] Bruchdehnung A [ % ] Physikalische Eigenschaften Einheit Gültigkeitsbereich Erstarrungsintervall C Dichte 2,69 kg / dm 3 20 C Elastizitätsmodul GPa 20 C Linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient 21 1 / K C Thermische Leitfähigkeit 1,3 W / (K cm) C Elektrische Leitfähigkeit MS / m oder m / (Ω mm 2 ) 20 C Wechselfestigkeit (r = -1); Gusszustand (F); gekerbte Probe (K t = 1,2) Kapitel Technische Informationen beachten! 86 MPa 10 6 Zyklen Verarbeitungseigenschaften im Vergleich zu anderen Druckgusslegierungen Legierungstyp Castasil-37 Silafont-36 AlSi9Cu3(Fe) Stabilität der mechanischen Eigenschaften sehr gut mittel gut Warmrissempfindlichkeit gering gering gering Klebeneigung gering gering gering Formenstandzeit > 80 % > 80 % 100 % Schwindmaß 0,4 0,6 % 0,4 0,6 % 0,4 0,6 % 12

15 Castasil - 37 [ AlSi9MnMoZr ] Längsträger / Audi A8 Castasil-37; Gusszustand 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 Premium- Fahrzeugen bei. Federbeindom Castasil-37; Druckguss Wanddicke 5 mm, 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- / T7-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

16 Castasil - 37 [ AlSi9MnMoZr ] Abdeckung für Schaltelektrik Castasil-37; Gusszustand mm; Gewicht: 0,69 1,5 kg Querversteifung / Sportwagen Castasil-37; Gusszustand mm; Gewicht: 0,18 kg A-Säule Pkw / Audi Castasil-37; Gusszustand; schweißgeeignet 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 mm; Gewicht: 1,2 kg mm; Gewicht: 2,1 kg 14

17 Castasil - 37 [ AlSi9MnMoZr ] Sicherheitsgehäuse für Hochvolt-Steckerleiste Castasil-37; Gusszustand 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 mm; Gewicht: 0,6 kg Verstärkung A-Säule innen und Längsträgerknoten einer Aluminiumkarosserie / Lamborghini Castasil-37; Gusszustand; schweißgeeignet mm; Gewicht: 2,0 kg Verdeckhebel für Cabrio / VW Castasil-37; Gusszustand 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

18 Castasil - 37 Chemische Zusammensetzung [%] Si Fe Cu Mn Mg Zn Mo Zr Ti Sr min. 8,5 0,35 0,1 0,1 0,006 Tab. 1: Chemische Zusammensetzung von Castasil-37, AlSi9MnMoZr in der Massel (in Masse-%) andere gesamt max. 10,5 0,15 0,05 0,6 0,06 0,07 0,3 0,3 0,15 0,025 0,10 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 ist für die Duktilität. Die Zugabe von Strontium verändert die Morphologie des Siliziums von lamellar oder platten- in korallenförmig. Da Strontium die Wasserstoff-Aufnahme fördert, ist eine wirkungsvolle Entgasungsbehandlung der Schmelze mit einem rotierenden Impeller notwendig. Dies hält den Wasserstoff- Gehalt 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 Eutektikum. Diese heben die Dehnungswerte bis auf 12 % an. Der Unterschied zwischen einem sehr feinen Eutektikum der Castasil-37 und einem veredelten, aber gröberen 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 AlFeSi- Phasen, 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 Al 12 Mn 3 Si 2 -Phasen, die als globulitische Partikel im Gefüge auftreten. Magnesium ist sehr niedrig gehalten, da es das Langzeitalterungsverhalten bestimmt. Streckgrenze R p0,2 [MPa] μm Al 12 Mn 3 Si 2 Abb. 1: Gefüge der Castasil-37, AlSi9MnMoZr im Gusszustand, 3 mm Probeplatte zunehmende Alterung Magnettafeln Roadshow 180 C alter Katalog S.31 3 h 120 0,003 0,02 0,04 0,06 0,08 Magnesium-Gehalt [%] 120 C 1000 h Gusszustand 0,10 0,12 Abb. 2: streckgrenze in Abhängigkeit des Magnesium-Gehaltes im Gusszustand und nach Alterungsversuchen; Probeplatte mm 16

19 Castasil - 37 Mechanische Eigenschaften Einfluss von Magnesium auf das Alterungsverhalten Einen Überblick über die Eigenschaften von Castasil-37 im Gusszustand und nach Auslagerung bei 120 C für 1000 h (fast 6 Wochen) zeigt Abb. 2. Die Eigenschaften des Werkstoffs ändern sich im Laufe der Zeit, wobei der Einfluss des Magnesiums auf das Alterungsverhalten deutlich wird. Um diese natürliche Alterung zu vermeiden oder ihren Einfluss zu minimieren, ist eine Warmauslagerung nötig. Die im Folgenden erläuterten Versuche sollen zeigen, bei welchen Magnesium-Gehalten kein Altern auftritt und wie sich die mechanischen Eigenschaften verändern. Tab. 2 zeigt die chemischen Analysen der getesteten Varianten. Magnesium wurde in Gehalten zwischen 0,003 % und 0,1 % zugegeben. Der Mangan-Gehalt wurde auf einem optimalen Niveau von 0,6 % gehalten und Strontium bei 120 ppm für eine gute Veredelung des eutektischen Siliziums. Zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften wurden Probeplatten mm gegossen in einer Form mit einfacher Kavität. Die Druckguss- Maschine mit 400 t Zuhaltekraft wurde mit einem angepassten Zwangsentlüftungssystem betrieben. Die Schmelze wurde einer Entgasungsbehandlung mittels eines rotierenden Impellers unterzogen und die Dichte mittels einer Unterdruckdichteprobe überprüft. Vor der Entgasung wurde ein Dichteindex zwischen 3 % und 5 % festgestellt, danach unter 2 %. Zur Simulation der Langzeitalterung im Gusszustand wurden Proben bei 120 C für 1000 Stunden warmausgelagert. Abb. 2 zeigt auch die Abhängigkeit der Streckgrenze von dem Magnesium-Gehalt in den Zuständen F (Gusszustand) und O (120 C / 1000 h). Belässt man die Proben im Gusszustand bei Raumtemperatur bleibt die Streckgrenze circa auf einem Niveau bei verschiedenen Magnesium-Gehalten. Bei erhöhter Temperatur jedoch verändern sich die Eigenschaften des Werkstoffs merklich mit zunehmendem Magnesium-Gehalt. Ab einem Gehalt zwischen 0,04 % und 0,08 % beginnt die Alterung. Als Grenzwert kann 0,06 % angenommen werden. Bei Zugfestigkeit und Dehnung konnte keine deutliche Abhängigkeit von dem Magnesium-Gehalt festgestellt werden. In allen Zuständen wurden Dehnungswerte zwischen 10 % und 12 % ermittelt, was ziemlich hoch ist für eine AlSi-Legierung im Gusszustand. Die mechanischen Eigenschaften von Castasil-37 hängen, was die Dehnung angeht, in geringem Maße von der Wanddicke bzw. den Erstarrungsbedingungen ab. Auffallend ist die sehr hohe Dehnung, die bei 2 mm Wanddicke 11,6 % und auch bei 3 bis 6 mm sogar 14 % beträgt. Die mechanischen Festigkeiten reagieren aber in gewohnter Weise auf die dicker werdende Gusswand und deren jeweils längere Erstarrungszeit. Castasil-37 erreicht an unseren Flachzugstäben eine Streckgrenze von 139 MPa bei 2 mm Wanddicke, die stetig abfällt auf 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, ,1 0,09 0,001 0,60 0,020 0,005 0,08 0, ,5 0,10 0,002 0,60 0,040 0,006 0,08 0, ,3 0,09 0,002 0,59 0,082 0,005 0,08 0, ,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

20 Castasil - 37 Mechanische Eigenschaften Die sehr gleichmäßig ausgebildete Spannungs-Dehnungskurve in Abb. 4 ergibt sich aus dem gleichmäßig veredelten Gefüge ohne verfestigende Magnesium-Mischkristalle. Einer der Vorteile von Castasil-37 sind gute mechanische Eigenschaften im Gusszustand, um Zeit und Kosten einer Wärmebehandlung mit Lösungsglühen einzusparen, die Verzug der Teile erzeugt und einen zusätzlichen Richtprozess nötig macht. Spannung R [MPa] R m R p0, Wanddicke [mm] Abb. 3: Mechanische Eigenschaften von Castasil-37, AlSi9MnMoZr im Gusszustand (F) in Abhängigkeit von der Wanddicke A F Bruchdehnung A [%] Wärmebehandlung Um eine weiter erhöhte Dehnung zu erreichen, kann Castasil-37 zum Zustand O geglüht werden (ohne Lösungsglühen). Die mechanischen Eigenschaften für verschieden lang geglühte Zustände zeigt Abb. 5. Bei einer Glühtemperatur von 350 C fällt die Streckgrenze von 114 MPa im Gusszustand schrittweise auf 93 MPa nach 90 Minuten. Die Zugfestigkeit verhält sich ähnlich. 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. Dauerfestigkeit Zusätzlich zu den Eigenschaften bei statischer Belastung benötigt 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. Die Linien im Diagramm sind darin nach dem im Jahr 2007 gebräuchlichen Auswerteverfahren ermittelt. Die eingezeichneten Wöhler-Kurven stellen die Belastbarkeit unter Wechsellast bei 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 verwendete Probenform. Erfahrungsgemäß erreichen gegossene Proben herkömmlicher Aluminiumlegierungen im wärmebehandelten Zustand nur einen weit niedrigeren Wert. Spannung R [MPa] Zustand F R p0.2 = 125 MPa R m = 277 MPa A = 14,9 % Bruchdehnung A [%] Hochgeschwindigkeitsverformung Allgemein ist das Werkstoffverhalten bei höheren Verformungsgeschwindigkeiten 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 R p0,2 von 35 % 40 % gemessen worden, siehe Abb. 7. Abb. 4: spannungs-dehnungskurve von Castasil-37, AlSi9MnMoZr im Gusszustand (F) 18

21 Castasil - 37 Mechanische Eigenschaften Spannung R [MPa] R p0,2 R m A R p0,2 R m A F 350 C / 30 min. R p0,2 R m A 350 C / 60 min. R p0,2 R m A 350 C / 90 min Abb. 5: Mechanische Eigenschaften von Castasil-37 im Gusszustand (F) und verschiedenen geglühten Zuständen, Probenform: 4 mm Druckgussplatte Spannung R [MPa] Wöhlerdiagramm für Castasil-37 Spannungsverhältnis r = -1 4 mm Wanddicke, Formfaktor K t = 1,2 5 %, 50 %, 95 % Bruchwahrscheinlichkeit Lastspielzahl [n] 95 % 50 % 5 % Abb. 6: Wöhler-Diagramm für Castasil-37, AlSi9MnMoZr im Gusszustand (F) Spannung R [MPa] ,0001 0,001 0,01 0, mittlere Dehnrate [m/s] R m A R p0, Bruchdehnung A [ % ] A [%] Schmelzen Masseln aus Castasil-37 können im Allgemeinen ohne spezielle Behandlung in der Gießerei zu Druckgussstücken verarbeitet werden. Um jedoch Gussstücke von hoher, gleichbleibender Qualität 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 mit Magnesium, Eisen, Zink und Kupfer müssen unbedingt vermieden werden. 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 eine Schmelzereinigung, vorzugsweise 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-Abbrand muss gering gehalten werden, um die guten mechanischen und technologischen Eigenschaften nicht zu beeinflussen. Es ist normalerweise mit einem Strontium- Abbrand von 0,004 % je Schmelzung zu rechnen. In der Praxis hat sich für die Strontium-Veredelung ein Minimalgehalt von 60 ppm und eine Obergrenze von 250 ppm im Gießofen bewährt. Höhere Strontium-Gehalte führen evtl. zu verstärkter Wasserstoff-Aufnahme der Schmelze, was aber bei schweißgeeignetem Guss zu vermeiden ist. Bei tieferen Strontium-Gehalten ist mit einer Abnahme der Dehnung zu rechnen. Die Temperatur der Schmelze soll 780 C nicht überschreiten. Ansonsten ist mit erhöhtem Abbrand von Strontium und verstärkter Oxidbildung zu rechnen. Als Gießtemperatur wird 680 bis 730 C empfohlen. Sie richtet sich nach Gestalt, Fließweg und Wanddicke der Gussstücke, aber auch nach Art des Schmelzetransportes 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. Abb. 7: Messwerte für Castasil-37 im Gusszustand (F) für hohe Verformungsgeschwindigkeiten 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

22 Castasil - 37 Anwendung Das Schwindmaß hängt lokal von der Gestaltung der Form ab, z. B. bei unterschiedlich intensiver Verrippung. Die gute Ausformbarkeit ermöglicht eine Konizität ab 1,0. Geringere Konizitäten sind mit dem Druckgusswerkzeug-Konstrukteur zu definieren. Verbindungstechniken Details zu den Verbindungstechniken Schweißen, Stanznieten mit Kleben und Bördeln mit Gussstücken aus Castasil-37 sind u. a. im Kapitel Fügen von Druckgussstücken aufgeführt. Übliche Formtrennstoffe und deren Mischungsverhältnisse können verwendet werden. Angepasst werden muss die Trennstoffmenge und deren Aufbringung an besondere Gussstückanforderungen, wie erforderliche Konstruktionsschweißung, Bördelung oder hochwertige Lackierung. Vorerstarrung Verformungsintensive Gussstücke reagieren empfindlich auf innere Kerben. Vorerstarrungen aus der Füllkammer bilden solche Fehlstellen wie in Abb. 8a und reduzieren dadurch die erreichbare Verformung. Metallographisch lassen sich Vorerstarrungen an Hand der unterschiedlichen Erstarrungsgefüge zuordnen, wie in Abb. 8b an einer geätzten Probe gezeigt ist. Untersuchungen mit erwärmter Füllkammer an einer 400 t Druckgussmaschine haben gezeigt, dass die Vorerstarrungen in der verwendeten Testplatte ab einer Temperatur von über 190 C nicht mehr auftreten. Je niedriger allerdings der Füllgrad der Kammer vorliegt, desto höher sollte diese Temperierung eingestellt sein. Anwendungen Castasil-37 wurde für Druckgussstücke entwickelt, die im Gusszustand eine hohe Dehnung und eine gewisse Streckgrenze fordern. Dies sind zum Beispiel Strukturbauteile wie Knoten für Space-Frame-Konstruktionen oder Säulen einer Pkw-Karosserie. Heute wird die Mehrheit dieser Teile in AlSiMg-Legierungen hergestellt und kostenintensiv wärmebehandelt, um die erforderlichen Eigenschaften zu erreichen. Bei der Wärmebehandlung mit Lösungsglühung können sich dünnwandige Teile verziehen, was einen kostenintensiven Arbeitsgang zum Richten des Bauteils notwendig macht. Castasil-37 mit einer Streckgrenze von mindestens 120 MPa und einer Dehnung von über 12 % im Gusszustand bietet mechanische Eigenschaften, die für viele Strukturbauteile im Automobil ausreichen. Die Dehnung lässt sich weiter erhöhen mit einer einstufigen Glühung bei 350 C für 30 bis 90 Minuten. Zusätzlich zu den guten Eigenschaften im Gusszustand ist Castasil-37 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/ μm Broschüre Rheinfelden Code 638, Economic production of ductile and weldable aluminium castings, veröffentlicht von Dr.-Ing. Stuart Wiesner, 02/2006 in CPT International. Abb. 8b: Geätzter Mikroschliff durch eine Vorerstarrung 20

23 Castasil -21 Große Flächen, hohe Leitfähigkeit, hervorragend zu gießen Castasil-21 ist eine von RHEINFELDEN ALLOYS entwickelte Druckguss-Legierung für Bauteile mit besonderen Anforderungen hinsichtlich höherer elektrischer oder thermischer Leitfähigkeit. Rotorenaluminium besitzt zwar höhere Leitfähigkeit, aber das Gießen großer Bauteile fordert in der Praxis eine Legierung mit geringerem Schwindmaß, also eine Legierung mit ca. 8 % Silizium. Für den Kfz-Leichtbau mit seinen zusätzlichen Bauteilen für Batterie-Behälter, Schaltkästen für Leistungselektronik, LED-Trägerplatten, aber auch beim Heizen und Kühlen kann die Anwendung der Castasil-21 helfen, die Bauteilgewichte der Druckgussstücke zu verringern. Die Castasil-21-Druckgusslegierung mit gezielt optimierten Inhaltsstoffen ist im Vergleich zu üblichen AlSi-Druckgusslegierungen in der Leitfähigkeit bis zu 30 % besser. Die chemische Zusammensetzung ergibt folgende Gießeigenschaften: ausgezeichnet gießbar und gute Entformbarkeit geeignet für geringe Wanddicken bei Kühlrippen Bei immer mehr Anwendungen, sowohl im Automobilbau als auch im Kommunikationswesen, erhalten weitere Eigenschaften höhere Bedeutung: sehr gute Korrosionsbeständigkeit gute mechanische Festigkeit; sehr gut bearbeitbar geeignet für Bördelverbindungen oder zum Verstemmen geeignet für Klebeverbindungen im Fahrzeugbau elektrische Leitfähigkeit erreicht 45 % IACS, womit Cu oder Rotoren-Al ersetzt werden kann um Leichtbau zu erreichen. 21

24 Castasil - 21 Eigenschaften auf einen Blick Chemische Zusammensetzung der Castasil-21, AlSi9Sr [%] Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Sr min. 8,0 0,5 0,01 andere gesamt max. 9,0 0,7 0,02 0,01 0,03 0,07 0,01 0,03 0,10 Mechanische Eigenschaften Zustand Dehngrenze R p0,2 [MPa ] Zugfestigkeit R m [ MPa ] Bruchdehnung A [ % ] F O Physikalische Eigenschaften Einheit Gültigkeitsbereich Erstarrungsintervall C Dichte 2,65 kg / dm 3 20 C Elastizitätsmodul GPa 20 C Linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient 21 1 / K C Thermische Leitfähigkeit in Zustand O < 1,7 W /(K cm) C Elektrische Leitfähigkeit in Zustand F MS / m oder m /(Ω mm 2 ) 20 C Elektrische Leitfähigkeit in Zustand O MS / m oder m /(Ω mm 2 ) 20 C Verarbeitungseigenschaften im Vergleich zu anderen Druckgusslegierungen Legierungstyp Castasil-21 Silafont-36 Rotoren-Al 99,7 Stabilität der mechanischen Eigenschaften sehr gut mittel sehr gut Warmrissempfindlichkeit sehr gering sehr gering hoch Klebeneigung gering gering hoch Formenstandzeit 100 % 100 % 80 % Schwindmaß 0,4 0,6 % 0,4 0,6 % 0,8 1,2 % Kapitel Technische Informationen beachten! 22

25 Castasil - 21 [ AlSi9Sr ] Rückwand für Elektronikkasten Castasil-21; Zustand mm; Gewicht: 1,5 kg Wärmeableitendes Gehäuse für Schaltelektronik im Pkw Castasil-21; Zustand mm; Gewicht: 0,57 kg Rippenkörper zur Kühlung von elektrischen Baugruppen Castasil-21; Zustand O 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

26 Castasil - 21 [ AlSi9Sr ] Eigenschaften [%] Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Sr min. 8,0 0,5 0,01 Tab. 1: Chemische Zusammensetzung von Castasil-21, AlSi9Sr in der Massel (in Masse-%) andere gesamt max. 9,0 0,7 0,02 0,01 0,03 0,07 0,01 0,03 0,10 Chemische Zusammensetzung Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung mit Silizium-Gehal von 8 bis 9 %. Somit liegt die Verarbeitungstemperatur bei C, einem Bereich mit typischem Thermoschock- Verschleiß von Druckguss-Kammer und -Form. Strontium bewirkt eine weitere Absenkung des eutektischen Punktes, also der Schmelztemperatur um 6 8 C. Beim Druckgießen reduziert Strontium die Affinität der Schmelze zur Stahl- Druckgussform, also die Klebeneigung weiter, obwohl Castasil-21 schon mit einem Fe-Gehalt von 0,5 0,7 % legiert ist. Als Verunreinigung in dieser leitfähigen Legierung gelten Magnesium- und Zink-Gehalte von über 0,08 % und bei Kupfer Gehalte über 0,02 %. Zwar bilden sich die Leitfähigkeit störende Mischkristalle dieser Elemente schon bei tieferen Gehalten aus, sind aber im Vergleich zu den Einflüssen aus dem Druckgießprozess vernachlässigbar (Abb. 1). Anders beim Mangan- und Titan- Gehalt. Hier sollte ein Wert von nur 0,01 % nicht überschritten werden, um die Leitfähigkeit hoch zu halten. Durch den Einsatz von Hüttenaluminium als Basis der Castasil-21 werden auch die weiteren Begleitelemente sehr gering gehalten. Elektrische Leitfähigkeit Wichtiger aber ist die Modifikation des Silizium-Kristalls während der Erstarrung. Die Strontium-Zugabe bewirkt eine korallenartige Erstarrungsstruktur des Si-Kristalls im Eutektikum, die so genannte Veredelung. Der für Castasil-21 relevante Vorteil dieser Veredelung liegt in der höheren Leitfähigkeit von plus 2 4 MS /m. Wärmebehandlung Die Verarbeitung im Druckgussverfahren ist gekennzeichnet durch eine sehr rasche Erstarrung. Zwar wird hierdurch höhere Festigkeit und Härte erreicht, diese Gefüge-Verspannung ist aber negativ für das Erreichen hoher Leitfähigkeit! Gussstücke aus Castasil-21 können noch weiter in ihrer Leitfähigkeit gesteigert werden durch eine einstufige Wärmebehandlung, womit die Verspannung des Gussgefüges egalisiert werden kann. Im Gusszustand liegen bei einem Druckgussstück mit 6 mm Wanddicke schon 25 MS /m vor. Durch eine Wärmebehandlung von 350 C /2 h oder 250 C / 3 h werden überragende Leitfähigkeit von 28 MS /m erreicht (Abb. 2). In diesem Zustand besitzen die Druckgussstücke 83 % der Leitfähigkeit von Rotoren-Aluminium. Beim Abkühlen der Bauteile nach dem Entspannungsglühen darf aber nur eine langsame Luftabkühlung vorgenommen werden. Verarbeitungshinweise Die Schmelzereinigung und -verarbeitung sollte hin zu geringer Oxidverunreinigung zielen. Eine Strontium-Modifikation ist bei ppm sicher gegeben. Arbeitsfolge zur Schmelzebehandlung siehe Seite 56. Leitfähigkeit [MS/m] Zr ,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 Legierungsgehalt [%] Cr Zn Fe Si Ti Cu Mg Mn Elektrische Leitfähigkeit [ MS/m ] F F 1h 2 h 3 h 1h 2 h 3 h 1h 2 h 3 h F 15 AlSi12(Fe) 170 C 250 C 350 C Rotoren-Al Castasil-21 Abb. 1: Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit von Rein-Al von der Menge zugesetzter Legierungsbestandteile Abb. 2: erhöhung der Leitfähigkeit von Castasil-21 durch eine Wärmebehandlung am Druckguss 24

27 Silafont -36 Unendlich vielfältig in seinen Eigenschaften Die Druckgusslegierung Silafont-36 wurde von RHEINFELDEN ALLOYS entwickelt, um bei mittleren Festigkeitswerten die höchste Dehnung nach Wärmebehandlung im Vergleich zu Standard-Druckgusslegierungen zu erreichen. Der Anwender kann sogar eine zusätzliche Wärmebehandlung durchführen. Silafont-36 kann somit Dehnungswerte von über 15 % oder Festigkeitswerte um 260 MPa Dehngrenze erreichen. Neben diesen besonderen mechanischen Eigenschaften besitzt Silafont-36 folgende für die Druckgussanwendung notwendige Eigenschaften: ausgezeichnet gießbar kein Kleben an der Druckgussform ausgezeichnet bearbeitbar Bei immer mehr Anwendungen, hauptsächlich im Automobilbau, erhalten weitere Eigenschaften höhere Bedeutung: sehr gute Korrosionsbeständigkeit hohe Dauerfestigkeit ausgezeichnet schweißbar bei Aluminium-Profil-Guss- Konstruktionen geeignet für Stanznieten und ähnliche Fügeverfahren geeignet für Klebeverbindungen im Fahrzeugbau 25

28 Silafont - 36 Eigenschaften auf einen Blick Chemische Zusammensetzung der Silafont-36, AlSi10MnMg [%] Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Sr P min. 9,5 0,5 0,1 0,04 0,010 andere gesamt max. 11,5 0,15 0,03 0,8 0,5 0,07 0,15 0,025 0,001 0,10 Mechanische Eigenschaften Dehngrenze und Bruchdehnung in verschiedenen Wärmebehandlungszuständen und Magnesium-Gehalten Magnesium hoch T 6 F: Gusszustand Wärmebehandlung ohne Lösungsglühen: T5: nach dem Ausformen abgeschreckt und warmausgelagert Dehngrenze R p0.2 [ MPa] T 5 F Magnesium niedrig T 7 T 4 Wärmebehandlungen mit Lösungsglühen: T4: lösungsgeglüht, abgeschreckt, mehr als 6 Tage kaltausgelagert T6: lösungsgeglüht, abgeschreckt und warmausgelagert T7: lösungsgeglüht, abgeschreckt und überaltert Bruchdehnung A [%] 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. Physikalische Eigenschaften Einheit Gültigkeitsbereich Erstarrungsintervall C Dichte 2,64 kg / dm 3 20 C Elastizitätsmodul GPa 20 C Linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient 21 1 / K C Thermische Leitfähigkeit in Zustand O 1,5 W /(K cm) C Elektrische Leitfähigkeit in Zustand F MS / m oder m /(Ω mm 2 ) 20 C Wechselfestigkeit (r = -1) Gusszustand (F) 89 MPa Zyklen Kapitel Technische Informationen beachten! Verarbeitungseigenschaften im Vergleich zu Standard-Druckgusslegierungen Legierungstyp Silafont-36 AlSi10Mg(Fe) AlSi9Cu3(Fe) Wärmebehandlung zur Eigenschaftsverbesserung sehr gut gut mittel Warmrissempfindlichkeit gering gering gering Klebeneigung gering gering gering Fügepotential hoch mittel gering Formenstandzeit > 80 % > 80 % 100 % Schwindmaß 0,4 0,6 % 0,4 0,6 % 0,4 0,6 % 26

29 Silafont - 36 [ AlSi10MnMg ] Querträger / Porsche Cayman Silafont-36; Zustand T mm; Gewicht: 6,5 kg Querträger / Fiat Silafont-36; Zustand T mm; Gewicht: 10,7 kg Querträger vorne, Geländewagen Silafont-36; Gusszustand mm; Gewicht: 10,3 kg Federbeindom Silafont-36; Gusszustand 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 mm; Gewicht: 9,5 kg 27

30 Silafont - 36 [ AlSi10MnMg ] Integralträger / Daimler Silafont-36; Zustand O 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 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 T 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 T mm; Gewicht: 0,75 kg 28

31 Silafont - 36 [ AlSi10MnMg ] Rahmenvorderteil / BMW 3-er Cabrio Silafont-36; Gusszustand 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 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 mm; Gewicht: 3,3 kg Längsträger Heckknoten / Alfa Giulia Silafont-36; Zustand T mm; Gewicht: 4,8 kg Mechanismusgehäuse für Überrollbügel / Opel Silafont-36; Gusszustand; bördelbar mm; Gewicht: 0,37 kg Das sitzintegrierte Gehäuse soll den Überroll- Sicherheitsbügel 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