Fachartikel

Einfluss der Hauptlegierungselemente auf wichtige physikalische Eigenschaften warmfester AlSi­Gusslegierungen
von Florian Stadler und Helmut Antrekowitsch, Leoben, Österreich, Werner Fragner und Helmut Kaufmann, Ranshofen, Österreich, sowie Peter J. Uggowitzer, Zürich, Schweiz

AlSi-Multikomponentenlegierungen werden dank ihrer guten Gießeigenschaften, ihrer hohen Festigkeit, Verschleißbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit für verschiedene Anwendungen im Automobilbau eingesetzt, oft auch für Teile, die erheblichen thermischen Belastungen ausgesetzt sind. In früheren Untersuchungen wurde herausgearbeitet, dass die AlSi-Legierungen erhebliche Unterschiede bezüglich der Festigkeit sowohl bei RT als auch bei höheren Temperaturen bis 250 °C aufweisen können.


Über 100 Al-Legierungen werden von AMAG hergestellt und vertrieben.
Bild: Über 100 Al-Legierungen werden von AMAG hergestellt und vertrieben. (Foto: AMAG)

Im Zuge der jetzt durchgeführten Arbeiten wurde zuerst der Einfluss der Elemente Si, Cu und Ni auf die Wärmeleitfähigkeit von AlSi-Gusslegierungen untersucht, wobei sich unerwartet große Schwankungen in einem Bereich von 140 - 190 W/mK ergaben. Die thermische Leitfähigkeit der untereutektischen Varianten mit 7 % Si liegt jeweils ca. 10 - 15 W/mK über jener der eutektischen Legierungen mit 12 % Si. Zur Darstellung des Einflusses von Silicium auf X wurden die AlSi-Legierungen vereinfacht als „Verbundwerkstoff" betrachtet, bestehend aus einer Al-Matrix und eutektischem Silicium. Unter Verwendung des Wertes Xs = 25 W/mK für die Leitfähigkeit der eutektischen Si-Kristalle wurden die Messwerte mittels theoretischer Modelle zur Vorhersage der physikalischen Eigenschaften heterogener Werkstoffe überprüft, wobei sich zeigte, dass eine ungefähre Abschätzung der thermischen Kennwerte möglich ist.

Aus der Fülle an experimentellen Daten lassen sich für den Anwender folgende relevante Aussagen ableiten:
- Es wurde bestätigt, dass die AlSi9Cu3Fe (A226) bei Anwendungen bis 220 °C die praktikabelste Lösung ist.
- Bei Bauteiltemperaturen über 220 °C und höher sind warmfeste Legierungen unumgänglich. Für solche wurden die Wärmeitfähigkeit X, der thermische Ausdehnungskoeffizient a und der Thermoschockparameter RS ermittelt und interpretiert.
- Es zeigt sich, dass abhängig vom Beanspruchungsfall eine optimierte Legierung eingesetzt werden kann. Dabei sollte der Anwender unbedingt klären, inwiefern hohe A-Werte durch einen verbesserten Wärmetransport zu geringeren Bauteiltemperaturen führen.

von Florian Stadler und Helmut Antrekowitsch, Leoben, Österreich, Werner Fragner und Helmut Kaufmann, Ranshofen, Österreich, sowie Peter J. Uggowitzer, Zürich, Schweiz


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