M. Schütze¹、J. Ganzenmüller²、M. Becker³、C. Mangos¹、G. Piazza²、L. Kallien¹、E. Beeh²
¹アーレン大学; ²ドイツ航空宇宙センター（DLR）、シュトゥットガルト; ³オスカー・フレッヒGmbH + Co. KG、ショルンドルフ
産業界のe-モビリティへの移行は、モーターハウジング、ギアボックス、カバーなどの高圧ダイカスト（HPDC）部品の経済的な生産にとって好機です。これらの部品は主にアルミニウム合金から大量に製造されています。構造鋳物への高強度マグネシウム合金の使用は、軽量構造におけるさらなる軽量化の可能性を秘めています[1]。
内部欠陥の少ない高品質の鋳物を製造するために、鋳造プロセスは過去数年間でアップグレードされてきました。これらの改良の一つが、アルミニウム合金に可能な最高の鋳造品質を提供するオスカー・フレッヒGmbHのVacural®ダイカストプロセスです[2]。このプロセスは、真空アシストダイカストとは異なります。真空は、投入プロセスの開始から金型が完全に充填されるまで継続的に適用されます。プロセスでは、溶融材料は炉からパイプを介して鋳造チャンバーに直接吸い込まれます。密閉システムは、投入中の溶融物の酸化を低減します。金型が充填されるまで、約70mbarの真空が達成され、ダイカスト部品への空気の巻き込みを低減します。
Vacural®ダイカストプロセスは、マグネシウムにも同様の利点を提供します。BMWKの資金提供を受けたInDrutec-Eプロジェクトでは、AZ91、AS31、AE 44-2の3種類の異なる合金が鋳造され、その後試験されました。この研究のために、すべての合金は真空アシストを介して4mmプレートで鋳造され、Vacural®ダイカストと比較されました。その後、平坦なサンプルを静的強度および疲労強度試験に供しました。
図1: 3種類のマグネシウム合金の機械的特性の変化（左）とVacural®ダイカストによるAS 31の疲労強度増加（右）
図1（左）の結果は、Vacural®ダイカストの結果として、引張強度や降伏強度のような静的特性の増加を示しています。3種類の合金すべてにおいて、強度と延性の有意な増加が調査されました。AZ 91およびAE 44-2については、高度な鋳造プロセスによる疲労強度の顕著な増加は見られませんでした。一方、AS 31については、疲労強度の有意な上昇が観察されました。AS 31の2つの鋳造プロセスに関する疲労挙動の比較を図1の右側のプロットに示します。
調査の結果、Vacural®ダイカストプロセスは、マグネシウム合金の機械的特性に大きな影響を与えることが示されています。さらなる調査のために、Vacural®プロセスと組み合わせた合金AS 31は、電気パワートレインアプリケーション[3]用のギアボックスカバーの軽量化の可能性を示すために使用されました。
参考文献
- [1] Magnesium: Eigenschaften, Anwendungen, Potenziale; Kainer, K.U., Ed., 1st ed.; WILEY-VCH Verlag GmbH: Weinheim, 2000, ISBN 3527299793.
- [2] https://www.frechusa.com/vacural-technology
- [3] Beeh, E. (2023, 15. Februar). Leichtbau- und Ressourcenschonungspotentiale bei Druckgussteilen [Konferenzbeitrag]. Fachtagung für neue Fahrzeug- und Werkstoffkonzepte, Stuttgart, Germany.