Multikomponentenlegierungen der. Mechanische Eigenschaften von AlSi9Cu3(Fe) und AlSi12CuNiMg mod bei erhöhten Temperaturen

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1 FOTO: AMAG CASTING Proenhme einer Al-Gusslegierung us dem Wrmhlteofen ei der AMAG csting GmH. Mechnische Eigenschften von AlSi9Cu3(Fe) und AlSi1CuNiMg mod ei erhöhten Temperturen VON FLORIAN STADLER UND HELMUT ANTREKOWITSCH, LEOBEN, ÖSTERREICH, WERNER FRAGNER UND HELMUT KAUF- MANN, RANSHOFEN, ÖSTERREICH, SOWIE PETER J. UGGOWITZER, ZÜRICH, SCHWEIZ Multikomponentenlegierungen der AlSi-Gruppe werden dnk ihrer guten Gießeigenschften, ihrer hohen Festigkeit, Verschleißeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit für verschiedenste Teile im Automoilereich verwendet, oftmls uch für solche, die einer erhelichen thermischen Belstung usgesetzt sind [1-8]. Aufgrund gesetzlicher Vorgen zur Steigerung der Effizienz und Umweltverträglichkeit von Motorkomponenten nehmen die Anforderungen n die Werkstoffe uch in Bezug uf deren Hochtempertureigenschften stetig zu [1-4, 7, 9, 1]. Um eine Aussge drüer treffen zu können, welche Legierungen sich für den KURZFASSUNG: Im Mittelpunkt der diesem Beitrg zugrunde liegenden Areit stnd die Evlu ierung des Einflusses erhöhter Temperturen uf die Festigkeit zweier AlSi-Gusslegierungen, woei der Effekt erhöhter Zieh- zw. Auslgerungstemperturen sowohl getrennt voneinnder ls uch in Komintion nlysiert wurde. Bei den untersuchten Werkstoffen hndelte es sich um die vergleichsweise günstige Recyclinglegierung A6 (EN AC-46 zw. EN AC-AlSi9Cu3(Fe)) und die A6 (EN AC-48 zw. EN AC-AlSi1CuNiMg) in leicht modifizierter Form. Aufuend uf den Ergenissen früherer Areiten konnte gezeigt werden, dss AlSi9Cu3(Fe) durch gezielte Anpssung der Legierungselementgehlte im Rhmen des Legierungsfensters uch hinsichtlich ihrer Performnce ei erhöhten Temperturen so optimiert werden knn, dss sie konventionellen, wrmfesten Legierungen zumindest is zu einer estimmten Temperturoergrenze (c. C) eenürtig ist. Als wesentliches Unterscheidungsmerkml der untersuchten Vrinten ist ds Legierungselement Ni zu nennen, ds seinen Beitrg vor llem ei Temperturen üer C durch die Möglichkeit einer Lstüerführung uf ein zusmmenhängendes Netzwerk hrter Primärphsen (Si-Ni(Fe)-Cu) leistet, weshl der Einstz von A6 diesen Temperturen sinnvoll ist. 4 Giesserei 99 4/1

2 Festigkeit ei RT in MP Festigkeit ei RT in MP R p, Auslgerungstempertur in C R p, Auslgerungstempertur in C Bild 1: Einfluss der Auslgerungstempertur uf die mechnischen Eigenschften ei RT: ) A6, ) A6 mod. Einstz ei hohen Temperturen esonders gut eignen, ist es nötig, den mit steigender Tempertur zunehmenden Afll der Festigkeit und dessen Urschen genu zu untersuchen. Für den Gießer esonders interessnt ist dei die Frge, inwieweit die vergleichsweise günstige AlSi9Cu3(Fe) (A6) ls klssische Recyclinglegierung mit nderen, in der Prxis ls wrmfest ezeichneten Legierungen, vergleichr ist, und welcher Anwendungstempertur der Einstz letztgennnter sinnvoll erscheint. In früheren Areiten wurde ereits detilliert geschildert, welch große Unterschiede sich ezüglich der mechnischen Eigenschften von AlSi9Cu3(Fe) in Ahängigkeit von der Legierungszusmmensetzung ergeen können. Bei einer Evluierung der mechnischen Eigenschften im Gusszustnd konnten unter gleichen Versuchsedingungen Streckgrenzenwerte zwischen 11 MP und knpp MP eingestellt werden, im T6-Zustnd wurden Werte für die, %-Dehngrenze R p, zwischen 13 MP und c. 4 MP erreicht [11-13]. Dher liegt die Schlussfolgerung nhe, dss AlSi9Cu3(Fe) durch gezielte Anpssung der Legierungselementgehlte im Rhmen des Legierungsfensters uch hinsichtlich ihrer Performnce ei erhöhten Temperturen so optimiert werden knn, dss sie konventionellen, wrmfesten Legierungen eenürtig ist. Ülicherweise werden Verläufe der mechnischen Eigenschften in Ahängigkeit von der Prüftempertur ufgenommen, woei die Proen vor Beginn des Zugversuches einer Lngzeituslgerung ei Prüftempertur (z. B. 1 h) usgesetzt werden, um die thermische Benspruchung im Dueretrie zu simulieren. Bei dieser Vorgehensweise üerlgern sich zwei festigkeitsmindernde Einflüsse, deren isolierter Beitrg zur Festigkeitsminderung so nur schwer schätzr ist. Dei hndelt es sich um den Einfluss der Prüftempertur selst und um die Auswirkung einer Lngzeitüerlterung ei erhöhter Tempertur. Ersterer estimmt die Verformungsmechnismen (Moilität von Versetzungen nimmt zu, Erholungsvorgänge setzen ein), während die Lngzeituslgerung ds Ausmß der Vergröerung sekundär usgeschiedener Härtungsphsen (z. B. Al Cu oder Mg Si) estimmt [14]. Ziel dieser Areit wr die Untersuchung des Einflusses erhöhter Temperturen uf die mechnischen Eigenschften zweier Legierungen, die für wrmfeste Anwendungen eingesetzt werden und von denen eine Nickel ls Legierungselement enthält. Diese sind: > die Legierung A6 (EN AC-46 zw. EN AC-AlSi9Cu3(Fe)) sowie > die Legierung A6 (EN AC-48 zw. EN AC-AlSi1CuNiMg). Letztere wurde us Gründen esserer Vergleichrkeit der Auswirkungen einzelner Legierungselemente uf die Wrmfestigkeit in der Zusmmensetzung gegenüer Telle 1: Zusmmensetzung der untersuchten Legierungen und Vergleich mit der Normlegierung Legierung Chemische Elemente in % (Mssennteil) si Fe Cu Mn Mg Zn Ni Ti A6 9,3,66 3,95,41,5,4 - - EN AC-AlSi9Cu3(Fe) 8,-11, 1,3,-4,,55,55 1,,55,5 A6 mod 1,4,69 3,99,4,65,4 1,53 - EN AC-AlSi1CuNiMg 1,5-13,5,7,8-1,5,35,8-1,5,35,7-1,3,5 Giesserei 99 4/1 41

3 Afll R p, Afll Afll R p, Afll Auslgerungstempertur in C Auslgerungstempertur in C Bild : Prozentuler Afll der, %-Dehngrenze und Zugfestigkeit (ezogen uf die Werte ei 18 C) in Ahängigkeit von der Auslgerungstempertur: ) A6, ) A6 mod. mehr erreichen. Aus diesem Grund ht AMAG usgewählte Legierungen eenso nch 5 zw. 1 h Auslgerungszeit geprüft und knn somit sehr gut den weiteren Rückgng der Festigkeiten ei den jeweiligen Temperturen ewerten. Die qulittiven Schlüsse und Aussgen dieser Puliktion, ei der nur die Verhältnisse nch 1-stündiger Auslgerung eleuchtet werden, sind er uch für längere Auslgerungszeiten gültig. Die Herstellung von M1-Zugstäen erfolgte nch DIN 615:4-1 (Messlänge 48 mm, Messdurchmesser 8 mm). Jeder im Kpitel Ergenisse ngeführte mechnische Kennwert repräsentiert den Mittelwert us mindestens drei getrennt gegossenen Zugstäen. Mit Hilfe von Zugversuchen ei 5 C, 18 C, C, C, 35 C und 5 C (vorherige Hltezeit uf Prüftempertur: 3 min) wurden die mechnischen Eigenschften der Legierungen sowohl ei Rumtempertur (RT) ls uch ei erhöhten Temperturen ermittelt. Es sei druf hingewiesen, dss der Einfluss der Dehnrte mit steigenden Temperturen zunimmt. Alle Zugprüfungen in dieser Untersuchung wurden ei einer Dehnrte von,5 s -1 (Ermittlung der Dehngrenze) zw.,6 s -1 (Prüfung is zum Bruch) durchgeführt. Zugprüfungen, die ei dvon weichenden Dehnrten durchgeführt werden, können zu mechnischen Kennwerten führen, die von jenen, die im Zuge dieser Areit ermittelt wurden, signifiknt weichen. der Norm leicht modifiziert (A6 mod, siehe Telle 1). Der Effekt einer erhöhten Zieh- zw. Auslgerungstempertur wird sowohl getrennt voneinnder ls uch in Komintion nlysiert, woruf eine Gegenüerstellung der eiden Legierungen in Bezug uf ihre Hochtemperturperformnce erfolgt. Experimentelles Telle 1 zeigt die chemische Zusmmensetzung der untersuchten Legierungen und der äquivlenten europäischen Normlegierungen. Die modifizierte Version der Legierung A6 (A6 mod ) unterscheidet sich von der Normlegierung (EN AC-AlSi1Cu- NiMg) durch einen um,5 % erhöhten Cu- Gehlt und verringerte Mg-Werte. Im Zuge früherer Areiten stellte sich herus, dss Cu zu einer signifiknten Erhöhung der Wrmfestigkeit eiträgt. Mg wirkt is zu einem Mssenteil von c.,5 % eenflls positiv, llerdings konnte ei höheren Gehlten keine weitere positive Wirkung mehr festgestellt werden [14]. A6 mod weicht von A6 zudem in folgenden Elementgehlten : +3 % Si, +,15 % Mg zw. +1,5 % Ni. Die Erschmelzung erfolgte in einem Induktionsofen der Versuchsgießerei der Austri Metll AG (AMAG), Rnshofen, Österreich, mit 1 kg Fssungsvermögen. Bei llen Vrinten wurde eine konstnte Schmelzetempertur von 75 ±1 C eingestellt. Der Aguss von Zugstäen (Durchmesser Zugstrohling: c. 11 mm) erfolgte in einer Sthlkokille, welche uf eine Tempertur von 3 ±5 C vorgeheizt und vor jedem Aguss dünn mit Bornitrid geschlichtet wurde [11-13]. Die durchgeführten Wärmeehndlungsschritte umfssten ein 8-stündiges Lösungsglühen ei 495 C mit nschließendem Aschrecken in Wsser uf Rumtempertur. Unmittelr dnch folgte eine 1-stündige Üerlterung in einem Umluftofen ei 18 C, C, C, 35 C und 5 C. Wenngleich für die Bestimmung und Aschätzung der Effekte ei erhöhten Temperturen eine Auslgerungszeit von 1 h usreichend ist, können einige Anwendungen Benspruchungszeiten von 1 h oder Ergenisse In den folgenden Ausführungen wird die Auswirkung unterschiedlicher Auslgerungs- zw. Prüftemperturen uf die mechnischen Eigenschften der eiden in Telle 1 ufgeführten Legierungen zuerst getrennt voneinnder etrchtet, evor schließlich der Effekt einer Komintion eider Prmeter drgestellt wird. Einfluss der Auslgerungstempertur (Prüfung ei RT) Bild 1 zeigt die mechnischen Eigenschften der Legierungen A6 und A6 mod ei Rumtempertur ls Funktion der Auslgerungstempertur (Hltezeit jeweils 1 h). Die Dehngrenze eider Vrinten zeigt einen signifiknten, fst lineren Afll, woei uffällt, dss eide Legierungen zwr uf nhezu identischem Festigkeitsniveu strten, A6 mod mit zunehmender Üerlterungstempertur ( C) jedoch etws höhere R p, -Werte ufweist. Die Zugfestigkeit hingegen verläuft für eide Legierungen in ähnlicher Art und Weise (von c. 31 MP ei 18 C uf etw 5 MP ei 5 C). Die Bruchdehnung ist ei einer Prüfung ei RT für eide Legie- 4 Giesserei 99 4/1

4 rungen äußerst niedrig und steigt mit zunehmender Auslgerungstempertur uf c. % ei A6 zw. 1 % ei A6 mod. Gegenstnd dieser Areit ist die Untersuchung der Wrmfestigkeit in Ahängigkeit von der Tempertur, uf die Duktilität wird dher im Folgenden nicht mehr explizit eingegngen. Bild zeigt den prozentulen Afll der, %-Dehngrenze und der Zugfestigkeit, ezogen uf die Messwerte ei 18 C Üerlterungstempertur, im Vergleich. Für eide Legierungen gilt: während die Zugfestigkeit um weniger ls 3 % sinkt, nimmt die Dehngrenze mit steigender Tempertur deutlich schneller (is 57 % ei A6). Festigkeit ei Prüftempertur in MP Prüftempertur in C R p, Festigkeit ei Prüftempertur in MP Prüftempertur in C Einfluss der Prüftempertur Der Einfluss erhöhter Ziehtemperturen knn nur unter der Vorussetzung isoliert untersucht werden, dss für sämtliche Proen der gleiche Gefügezustnd eingestellt wird und sich dieser während des Zugversuches selst uch nicht mehr verändert (z. B. durch Ostwld-Reifung). Deshl wurden lle Proen ei einer Tempertur von 5 C für 1 h usgelgert, wodurch ein mximl üerltertes Gefüge entsteht, ds während des eigentlichen Zugversuches keine weitere Veränderung mehr erfährt (3 min uf Prüftempertur sollten im Vergleich zur Auslgerungsduer keinen signifiknten Einfluss hen). Bild 3 stellt die mechnischen Eigenschften der eiden Vrinten ls Funktion der Ziehtempertur dr. Es fällt uf, dss die Dehngrenze von A6 ei RT um c. 15 MP geringer ist ls jene von A6 mod und diese Differenz uch mit zunehmender Ziehtempertur mehr oder weniger estehen leit. Bis C Ziehtempertur sinkt die Zugfestigkeit eider Legierungen in ähnlichem Mße, ei höheren Temperturen liegt letztere ei A6 mod geringfügig höher. Bild 4 zeigt den prozentulen Afll der, %-Dehngrenze und der Zugfestigkeit, ezogen uf die Messwerte ei 18 C Prüftempertur im Vergleich. R p, eider Legierungen fällt von 18 C is 5 C um etw %, sinkt ei A6 von c. 175 MP ei 18 C uf c. 1 MP ei 5 C, ws einem prozentulen Afll von 3 % entspricht (siehe Bild 4). Bei A6 mod ist der Afll der Zugfestigkeit mit 4 % zwr geringer ls ei A6, jedoch ist dieser uch R p, Bild 3: Einfluss der Prüftempertur uf die mechnischen Eigenschften: ) A6, ) A6 mod. Alle Proen wurden ei 5 C für 1 h üerltert. 1 hier stärker usgeprägt ls der Rückgng der Dehngrenze (siehe Bild 4). Kominierter Einfluss von Auslgerungs- und Prüftempertur In diesem Fll wurden lle Proen ei jener Tempertur geprüft, ei der uch die Üerlterung für 1 h stttfnd (siehe Bild 5). Sowohl die, %-Dehngrenze ls uch die Giesserei 99 4/1 43

5 Afll R p, Afll Weist A6 ei tiefen Temperturen noch höhere Festigkeitswerte ls A6 mod uf, so schneidet letztere mit zunehmender Tempertur esser. Bei 15 C ±5 C liegen eide gleichuf, ei 5 C sinken die Werte von A6 sowohl in Bezug uf die Dehngrenze ls uch uf die Zugfestigkeit um mindestens 1 % unter jene von A6 mod. Diskussion Afll R p, Afll Zugfestigkeit fllen zwischen 18 C und 5 C signifiknt, und dies in nhezu deckungsgleicher Art und Weise. Bild 6 zeigt den prozentulen Afll der, %-Dehngrenze und der Zugfestigkeit, ezogen uf die Messwerte ei 18 C Üerlterungs- und Prüftempertur im Vergleich. Für eide Legierungen gilt: Die Dehngrenze nimmt im Vergleich zur Zugfestigkeit is zu einer Tempertur von C stärker, ei einer weiteren Erhöhung der Tempertur verlufen die Steigungen von R p, und in nhezu deckungsgleicher Art und Weise. Vergleich A6 und A6 mod Einfluss der Auslgerungstempertur. Bild 7 zeigt ds Dehngrenzenverhältnis A6 mod /A6 in Ahängigkeit von der Auslgerungstempertur. Bei 18 C strten eide Legierungen uf nnähernd gleichem Niveu. Mit zunehmender Tempertur steigt ds Verhältnis, is A6 mod ei 5 C einen um c. 13 % höheren Wert der Streckgrenze ufweist. Bei näherer Betrchtung des Zugfestigkeitsverhältnisses Prüftempertur in C Prüftempertur in C Bild 4: Prozentuler Afll von Dehngrenze und Zugfestigkeit in Ahängigkeit von der Prüftempertur: ) A6, ) A6 mod. Alle Proen wurden für 1 h ei 5 C üerltert. zeigt sich kein signifiknter Unterschied zwischen den eiden Legierungen (werden Dtenstreuungen erücksichtigt, knn ds Verhältnis ls konstnt ngesehen werden). Einfluss der Prüftempertur. In Bild 8 ist ds Dehngrenzenverhältnis A6 mod / A6 in Ahängigkeit von der Ziehtempertur drgestellt (lle Proen wurden ei 5 C für 1 h üerltert). Werden Messfehler erücksichtigt, knn ds Verhältnis mit c. 1,8 is 1,1 ls konstnt ngesehen werden. Ds Zugfestigkeitsverhältnis eträgt ei 18 C noch 1, es nimmt jedoch mit steigender Ziehtempertur zu, is A6 mod ei 5 C einen um c. 1 % höheren -Wert ufweist. Kominierter Einfluss von Auslgerungsund Prüftempertur. Bild 9 stellt ds Dehngrenzen- zw. Zugfestigkeitsverhältnis für die eiden Legierungen in Ahängigkeit von der Tempertur dr (woei gilt: Ziehtempertur = Üerlterungstempertur). Einfluss der Auslgerungstempertur Die Legierungen A6 und A6 mod sind ushärtr, ds heißt, dss ihre mechnischen Eigenschften im Zuge einer T6-Wärmeehndlung durch die Ausscheidung festigkeitssteigernder Sekundärphsen, wie θ-al Cu und β-mg Si, signifiknt veressert werden können. Letztere ehindern ufgrund ihres geringen Astnds die Bewegung von Versetzungen, wodurch die Festigkeit des Mterils nsteigt. Bei Temperturen üer 18 C und Hltezeiten von 1 h (T7) kommt es jedoch edingt durch Ostwld-Reifung zu einer echtlichen Vergröerung der jeweiligen Härtungsphsen, und deren festigkeitssteigernde Wirkung nimmt drstisch. Der negtive Effekt der Ausscheidungsvergröerung zeigt sich insesondere in der signifiknten Anhme der Dehngrenze mit steigender Üerlterungstempertur (>5 %; vergleiche Bild ). Mit zunehmender Teilchengröße zw. wchsendem Teilchenstnd sinkt der Beitrg der Orown-Härtung zur Wrmfestigkeit der jeweiligen Legierung. Die Anhme der Zugfestigkeit ist im Vergleich zur Dehngrenze weniger strk usgeprägt (mx. 3 %; vergleiche Bild ). Mit zunehmender Bruchdehnung (während des Zugversuchs ei RT) erhöht sich der Beitrg der Versetzungshärtung, weshl reltiv hohe Werte der Zugfestigkeit erreicht werden können. Einfluss der Prüftempertur Aufgrund der Ttsche, dss lle Proen vor Zieheginn ei 5 C für 1 h üerltert wurden, liegen sekundäre Ausscheidungen ereits strk vergröert vor und stellen keine wirksmen Hindernisse für Versetzungen mehr dr. Mit zunehmender Ziehtempertur steigt infolge erhöhter thermischer Aktivierung die Moilität von Versetzungen, weshl die Dehngrenze weiter sinkt. In diesem Fll scheint der negtive Einfluss der Ziehtempertur uf die Zugfestigkeit weitus stärker usgeprägt zu sein, ls dies für die Dehngrenze zu eochten ist (vor llem zwischen RT und 18 C). Um dies drzustellen, ist es sinnvoll, den prozentuellen Afll der Zugfestigkeit ezogen uf die Werte ei Rumtempertur mit jenem der Dehngrenze zu vergleichen: 44 Giesserei 99 4/1

6 > für A6 gilt: Afll R p, = 7 % zw. Afll = 46 %; > für A6 mod gilt: Afll R p, = 3 % zw. Afll = 38 %. Hohe -Werte werden ls Folge der Verformungsverfestigung erzielt, welche ei einer Prüfung ei RT während des Zugversuches stttfindet (Versetzungshärtung). Mit steigender Tempertur nimmt die Moilität der Versetzungen strk zu zw. setzen Relxtionsvorgänge ein, weshl ei hohen Temperturen vergleichsweise strk fällt. Festigkeit ei Prüftempertur in MP R p, Kominierter Einfluss von Auslgerungs- und Ziehtempertur Im Zuge dieser Rndedingungen kommt es zu einer Üerlgerung der Effekte, die in den Aschnitten Diskussion Einfluss der Auslgerungstempertur und Diskussion Einfluss der Prüftempertur eschrieen werden. Der Gesmtfll der Festigkeit wird sowohl durch die mit steigender Auslgerungstempertur zunehmende Vergröerung der Härtungsphsen ls uch durch die Testtempertur selst (erhöhte Versetzungsmoilität, keine Versetzungshärtung) estimmt. Der vergleichsweise stärkere Afll der Dehngrenze im Vergleich zu Zugfestigkeit is zu einer Tempertur von c. C (vergleiche Bild 6) ist die Folge der gleichzeitigen Wirkung von Ostwld-Reifung und Erholungsvorgängen. Die Vergröerung der Härtungsphsen (entscheidender Prmeter für den Afll der Dehngrenze ei vergleichsweise niedrigen Temperturen) ist ereits ei Üerlterungstemperturen von 18 C (Hltezeit: 1 h) sehr strk usgeprägt. Relxtions- und Erholungsvorgänge entflten ihre negtive Wirkung uf die Zugfestigkeit erst ei höheren Temperturen, weshl letztere is C lngsmer fällt ls R p,. Festigkeit ei Prüftempertur in MP Auslgerungs- zw. Prüftempertur in C R p, Auslgerungs- zw. Prüftempertur in C Bild 5: Kominierter Einfluss von Auslgerungs- und Prüftempertur uf die mechnischen Eigenschften: ) A6, ) A6 mod. Alle Proen wurden für 1 h ei Prüftempertur üerltert. 1 Vergleich A6 und A6 mod Die Legierungen A6 und A6 mod unterscheiden sich, gesehen von einem geringfügig unterschiedlichen Mg-Gehlt, lediglich ezüglich ihrer Konzentrtion n Si und Ni. Durch den höheren Volumennteil n Eutektikum in der Legierung A6 mod in Verindung mit Ni ls Stilistor der Kontiguität des eutektischen Si [8, 14, 15] sollten zumindest ei Temperturen üer C, oder nders usgedrückt, ei einer schon weit fortgeschrit

7 6 Afll R p, Afll tenen Vergröerung festigkeitssteigernder Sekundärphsen, höhere Festigkeitswerte im Vergleich zur Ni-freien A6 erzielt werden Afll R p, Afll Auslgerungs- zw. Prüftempertur in C Einfluss der Auslgerungstempertur. Mit steigender Üerlterungstempertur spielt die im Zuge der Ostwld-Reifung stttfindende Vergröerung sekundärer Phsen eine immer größere Rolle. In A6 ist die Teilchenhärtung der entscheidende Festigkeitsmechnismus zur Steigerung der Dehngrenze, wohingegen in A6 mod zugleich ein Teil der nliegenden Spnnung uf ein zusmmenhängendes Netzwerk hrter Primärphsen (eutektisches Si und Ni(Cu,Fe)-hltige Phsen) geführt werden knn [8, 14, 15]. Dieser zusätzliche Mechnismus wirkt sich umso stärker positiv uf R p, us, je höher ds Mß der Vergröerung von Härtungsphsen, hängig von der jeweiligen Auslgerungstempertur, ist (siehe Bild 7). Bei näherer Betrchtung des Zugfestigkeitsverhältnisses zeigt sich kein signifiknter Unterschied zwischen den eiden Legierungen. Sold plstische Verformung einsetzt, findet in eiden Mterilien Kltverfestigung sttt (ei Prüfung ei RT). Die höhere Bruchdehnung ei A6 erlut er einen höheren Kltverfestigungseitrg, der die vergleichsweise geringere Dehngrenze kompensiert, sodss ds Zugfestigkeitsverhältnis innerhl der Dtenstreuung nhezu konstnt leit. Auslgerungs- zw. Prüftempertur in C Bild 6: Prozentuller Afll von Dehngrenze und Zugfestigkeit in Ahängigkeit von der Tempertur: ) A6, ) A6 mod. Alle Proen wurden für 1 h ei Prüftempertur üerltert. Verhältnis A6 mod /A6 1,15 1,1 1,5 1,,95,9 R p, Auslgerungstempertur in C Bild 7: Dehngrenzen- und Zugfestigkeitsverhältnis A6 mod /A6 in Ahängigkeit von der Auslgerungstempertur (Hltezeit: jeweils 1 h; Prüfung ei RT). Einfluss der Prüftempertur. Zwei Fktoren spielen in Bezug uf die, %-Dehngrenze eine entscheidende Rolle: Sekundärphsen und ein kontinuierlich zusmmenhängendes Netzwerk us Hrtphsen (Si/Ni) [8, 14, 15]. Erstere sind vollständig üerltert (Voruslgerung ei 5 C für 1 h) und dies ändert sich uch mit zunehmender Ziehtempertur nicht mehr. Letzteres ist in A6 mod deutlich stärker usgeprägt, weshl die Streckgrenze dieser Legierung üer den gemessenen Temperturereich weitgehend konstnt üer jener von A6 liegt (siehe Bild 8). In Bezug uf die Zugfestigkeit spielt wieder die Verformungsverfestigung eine entscheidende Rolle. Letztere verliert mit zunehmender Ziehtempertur jedoch strk n Bedeutung. Der höhere Volumennteil n hrten, zusmmenhängenden Primärphsen in A6 mod wirkt sich dher umso stärker positiv uf us, je höher die Tempertur ei Durchführung des Zugversuches ist. Kominierter Einfluss von Auslgerungsund Ziehtempertur. Bei Temperturen unter C ist die Üerlterung der Sekundärphsen noch verhältnismäßig gering, weshl A6 essere Festigkeitswerte ls 46 Giesserei 99 4/1

8 A6 mod ufweist (vergleiche Bild 9). Letztere einhltet Ni, ds dem Mischkristll einen Teil des Cu durch die Bildung ternärer intermetllischer Phsen entzieht (z. B. Al 3 CuNi zw. Al 7 Cu 4 Ni), weshl der Volumennteil n Härtungsphsen und ls Konsequenz drus der Beitrg zur Festigkeitssteigerung durch Teilchenhärtung in A6 mod geringer usfällt [14]. Mit zunehmender Vergröerung der sekundären Phsen kommt der Lstüerführung uf ein zusmmenhängendes Netzwerk hrter Primärphsen eine immer entscheidendere Rolle zu. Aus diesem Grund liegen sowohl die Streckgrenze ls uch die Zugfestigkeit von A6 mod ereits ei C höher ls ei A6. Zusmmenfssung Verhältnis A6 mod /A6 1,15 1,1 1,5 1,,95,9 R p, Prüftempertur in C Bild 8: Dehngrenzen- und Zugfestigkeitsverhältnis A6 mod /A6 in Ahängigkeit von der Prüftempertur. Alle Proen wurden für 1 h ei 5 C üerltert. Erhöhte Temperturen wirken sich signifiknt negtiv uf die mechnischen Eigenschften der untersuchten Legierungen A6 und A6 mod us. Eine 1-stündige Voruslgerung der Proen ei der jeweiligen Tempertur führt zu einer Vergröerung sekundärer Phsen, ws in einer strken Anhme der, %-Dehngrenze resultiert. Eine Steigerung der Prüftempertur wirkt sich esonders negtiv uf die Zugfestigkeit us, d eine Verfestigung durch Versetzungsneuildung ls Folge von Relxtions- zw. Erholungsvorgängen geschmälert wird. Neen einem erhöhten Si-Gehlt in A6 mod ist ls wesentliches Unterscheidungsmerkml der untersuchten Vrinten ds Legierungselement Ni zu nennen. Mit zunehmender Vergröerung der sekundären Phsen (Al Cu zw. Mg Si) kommt der Lstüerführung uf ein zusmmenhängendes Netzwerk hrter Primärphsen (Si-Ni(Fe, Cu)) eine immer entscheidendere Rolle zu. Aus diesem Grund liegen sowohl die Dehngrenze ls uch die Zugfestigkeit der Ni-hltigen A6 mod ereits ei C höher ls ei A6. Aus den vorliegenden Dten knn der Anwender erkennen, dss die untersuch-

9 Verhältnis A6 mod /A66 1,15 1,1 1,5 1,,95,9 R p, Auslgerungs- zw. Prüftempertur in C Bild 9: Dehngrenzen- und Zugfestigkeitsverhältnis A6 mod /A6 in Ahängigkeit von der Tempertur. Alle Proen wurden für 1 h ei Prüftempertur üerltert. te Legierung AlSi9Cu3(Fe) (A6) ei Temperturen unter 15 C ±5 C einer durch signifiknte Erhöhung des Cu-Gehltes modifizierten AlSi1CuNiMg (A6 mod ) durchus eenürtig ist, während letztere ei höheren Temperturen esser schneidet (1 is 15 MP). Auch wenn diese Differenz zunächst gering erscheint, leit jene uch ei noch höheren Temperturen (is 3 C) erhlten und entwickelt sich zu einem signifiknten reltiven Vorteil von A6 mod gegenüer A6. Anwendungen ei derrtig hohen Temperturen finden sich vor llem im Motorereich (Kolen, Zylinderkopf, Kurelgehäuse etc.). Es ist llerdings zu erwrten, dss im Fll von A6 noch ein geringer Spielrum leit, die mechnischen Eigenschften ei erhöhten Temperturen weiter zu veressern (z. B. durch Anheung des Si-Gehltes uf 11 % zw. durch die Zuge von Spurenelementen wie Ti etc.). Jedoch ist zu erücksichtigen, dss der Cu-Gehlt der hier vorgestellten AlSi9Cu3(Fe) einhe 4 % eträgt und somit n der Tolernz-Oergrenze liegt. Niedrigere Cu-Gehlte resultieren in einer verringerten Wrmfestigkeit. Zudem gilt es zu emerken, dss nch der Lösungsglühung ein Aschrecken der Prüfkörper im Wsserd erfolgte. Aweichende Prmeter (z. B. Luftschreckung, T5-Wärmeehndlung) können demnch zu geringeren Asolutwerten der Festigkeit führen. Wenngleich in dieser Areit die Betrchtung der mechnischen Kennwerte im Vordergrund steht, muss hinzugefügt werden, dss ei der Legierungsuswhl für temperturelstete Gussteile nicht nur diese von Bedeutung sind, sondern uch weitere physiklische Eigenschften wie Wärmeleitfähigkeit und thermische Ausdehnung etc. eine entscheidende Rolle spielen und entsprechend erücksichtigt werden müssen [16]. Der Austri Metll AG (AMAG) und der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschft (FFG) sei für die finnzielle Unterstützung des diesem Beitrg zugrunde liegenden Forschungsprojektes und für die Genehmigung der Puliktion gednkt. Dipl.-Ing. Florin Stdler und Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.mont. Helmut Antrekowitsch, Lehrstuhl für Nichteisenmetllurgie, Universität Leoen, Leoen, Österreich, Dipl.-Ing. Werner Frgner, AMAG csting GmH, Rnshofen, Österreich, Priv.-Doz. Dipl.-Ing. Dr. mont. Helmut Kufmnn, Austri Metll AG (AMAG), Rnshofen, Österreich, Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.mont. Peter J. Uggowitzer, Metllphysik und Technologie, Deprtment Mterilwissenschft, ETH Zürich, Zürich, Schweiz. Litertur: [1] Mter. Sci. Forum (3), S [] Mter. Sci. Forum (6), S [3] Giesserei (1) Nr. 88, S [4] Mter. Lett. 6 (8) Nr. 14, S [5] Intermetllics 17 (9), S [6] Intermetllics 18 (1), S [7] Mter. Sci. Eng. A 57 (1), S [8] Mter. Sci. Eng. A 57 (1), S [9] Kln S.: Beitrg zur Evolution von Aluminium-Gusslegierungen für wrmfeste Anwendungen. Fkultät für Werkstoffwissenschft und Werkstofftechnologie der technischen Universität Bergkdemie Freierg, Freierg, 4. [1] Giesserei (4) Nr. 91, S [11] Giesserei-Prxis (9) Nr., S [1] Giesserei-Prxis (9) Nr. 1, S [13] Int. J. Cst Metl. Res. 3 (1), S [14] Int. J. Cst Metl. Res. (1), im Druck. [15] Giesserei (11) Nr. 98, S [16] Giesserei (1) Nr. 98, S Giesserei 99 4/1