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Abbildungen: Otto Fuchs A L U M I N I U M I M A U t o M o b I L Hochfeste Aluminium-Fahrwerksteile mit optimaler topologie G. Proske, J. Krämer, Meinerzhagen Die hohen Energiekosten und die Forderung nach CO2-Reduktion lassen den Leichtbau und die Leichtmetalle noch stärker in den Fokus der Konstrukteure rücken. Um die Bauteilabmessungen bzw. -querschnitte zu reduzieren und somit Gewicht zu sparen, ist der Einsatz von immer höherfesten Legierungen erforderlich. Darüber hinaus bedarf es entsprechender Konstruktionstools, um die Bauteile optimal bezüglich Spannung und Topologie auszulegen. Geschmiedete Aluminiumbauteile haben sich in zahlreichen Anwendungen in der Automobilindustrie fest etabliert. Durch den Einsatz von stranggepresstem Vormaterial und den nachfolgenden Schmiedeprozess wird ein poren- und lunkerfreies Gefüge eingestellt. Dieses Gefüge in Verbindung mit der abschließenden Wärmebehandlung führt zu Bauteilen mit ausgezeichneten statischen und dynamischen Festigkeitseigenschaften in Kombination mit guter Duktilität und Zähigkeit. Die Otto Fuchs KG mit Sitz in Meinerzhagen fertigt seit etwa 40 Jahren geschmiedete Komponenten aus Aluminiumlegierungen der 6000er Serie für die Automobilindustrie und ist Marktführer im Bereich geschmiedeter stabförmiger Fahrwerksteile wie Querlenker, Zug- und Druckstreben (Abb. 1). In Europa wird hauptsächlich die Legierung EN AW-6082 = EN AW- AlSi1MgMn = Otto Fuchs(OF-)Legierung AS10 gemäß DIN EN 573-3 [1] Abb. 1: Geschmiedete Aluminium-Fahrwerksteile der Otto Fuchs KG Tab. 1: Festigkeitsklassen der Aluminiumlegierungen EN AW-6082 T6 und EN AW-6110A T6 und DIN EN 586-2 [2] verwendet. Bedingt durch steigende Anforderungen an die geschmiedeten Fahrwerkskomponenten konnten die garantierten Mindestwerte dieser Legierung im voll wärmebehandelten Zustand (T6 = lösungsgeglüht, abgeschreckt und maximal ausgehärtet) im Laufe der Jahre durch Optimierung der gesamten Prozesskette (Gießen, Strangpressen, Schmieden und Wärmebehandlung) ausgehend von der Festigkeitsklasse F31 über F34 auf mittlerweile F38 (Tab. 1) gesteigert werden. Anfang der neunziger Jahre wurde von Otto Fuchs der Werkstoff EN AW- 6110A = EN AW-AlMgSiCu = AS28 entwickelt [3]. Auch für diesen Werkstoff konnten im Laufe der Jahre die garantierten Mindestwerte aufgrund von Prozessoptimierungen ausgehend von F38 auf F42 erhöht werden. Neben diesen beiden seit Jahren von Otto Fuchs erfolgreich eingesetzten Legierungen wird seit kurzem der Werkstoff AS29 angeboten. Hierbei handelt es sich um eine Eigenentwick- Abb. 2: Roh- und Fertigteil einer Zugstrebe aus der OF-Legierung AS29 lung auf Basis der Legierung AS28 = EN AW-6110A. Nachfolgend werden die Eigenschaften dieser Legierung im Vergleich zu den Werkstoffen AS10 und AS28 vorgestellt. Ziel war eine weitere Steigerung der statischen Festigkeit auf F45 und der dynamischen Festigkeit bei ausreichender Duktilität und Korrosionsbeständigkeit. Alle Eigenschaften wurden an Proben aus Zugstreben (Abb. 2) oder an den Zugstreben selber ermittelt, die unter Serienbedingungen geschmiedet und wärmebehandelt wurden. Die Untersuchungen erfolgten im Zustand T6. Die an den Zugstreben aus dieser Legierung ermittelten Streckgren- Abb. 3: Typische Festigkeitswerte der Zugstreben aus den OF-Legierungen AS10, AS28 und AS29 im voll ausgehärteten Zustand 34 ALUMINIUM · 9/2009
S P E C I A L A L U M I N I U M I M A U t o M o b I L zen- und Zugfestigkeitswerte liegen typischerweise bei 440 bzw. 470 MPa (Abb. 3) und damit etwa 25 bzw. 30 MPa bei nahezu unveränderter Bruchdehnung oberhalb der Werte für die Legierung AS28. Im Fahrwerksbereich werden die Mehrzahl der Bauteile, wie Zug- und Druckstreben, auf Missbrauch ausgelegt, das heißt, dass diese nicht vor Erreichen einer Mindestkraft, aber spätestens bei Erreichen einer Maximalkraft versagen dürfen bzw. müssen. Auslegungskriterium ist in diesem Fall die Steifigkeit der Bauteile, die sehr stark geometrieabhängig ist, während die Festigkeitseigenschaften nur einen geringen Einfluss haben. Die für die Untersuchung ausgewählte Zugstrebe hat bei Verwendung der Legierung AS28 im Vergleich zu der Legierungen AS10 eine um etwa 15 Prozent höhere Knickkraft. Durch Einsatz von AS29 kann die Knickkraft bei dieser Strebe gegenüber AS28 um weitere circa fünf Prozent gesteigert werden. Interessant sind die Werkstoffe AS29 und AS28 besonders für Bau- Spouts and Stoppers Abb. 4: Ermüdungsversuche an Zugstreben aus den OF-Legierungen AS10, AS28 und AS29 teile, die nicht auf Steifigkeit, sondern auf eine dynamische Belastung hin ausgelegt werden müssen. Im Falle der untersuchten Zugstrebe (Abb. 2) lagen die auf einem Bauteilprüfstand bei dynamischer Belastung ermittelten Lebensdauern für die Bauteile aus der Legierung AS28 etwa um den Faktor 2 bis 3 (Abb. 4) höher als die aus der Legierung AS10. Durch die Verwendung der noch höherfesten Legierung AS29 konnte die Lebensdauer gegenüber AS28 noch einmal A L U M I N I U M I M A U t o M o b I L for Aluminium DC casting Drache u m w e l t t e c h n i k etwa um den Faktor 2 bis 3 gesteigert werden. Die Lebensdauersteigerung gegenüber AS10 und AS28 ist von der Bauteilgeometrie (z. B. Kerbwirkung) abhängig und kann je nach der Ausführung von Kerben und Radien unterschiedlich ausgeprägt sein Neben der Beständigkeit gegenüber allgemeiner Korrosion (Salzsprühnebelprüfung nach DIN EN ISO 9227) wurde auch die interkristalline Korrosionsbeständigkeit (gemäß IGC 04.24.123) im Vergleich zu den ➝ Ceramic Foam Filters for Aluminium DC casting Drache Umwelttechnik GmbH · mail@drache-gmbh.de · www.drache-gmbh.de 35 ALUMINIUM · 9/2009 ALUMINIUM · 9/2009 35
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