AT412725B - Mittel zur beeinflussung der erstarrungsstruktur von magnesium und magnesiumlegierungen - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Die Erfindung betrifft ein Mittel zur Beeinflussung der Erstarrungsstruktur für Magnesium und Magnesiumlegierungen. Genauer bzw. in eingeschränkter Form dargelegt, bezieht sich die Erfindung auf ein Kornfeinungsmittel für obige Metalle. 



   Weiters befasst sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Herstellung eines Mittels zur Feinung und Homogenisierung der Kornstruktur von Magnesium und derartigen Basislegierungen sowie mit einem Verfahren zur Feinung der Struktur dieser Metalle selbst. 



   Schliesslich bezieht sich die Erfindung auf einen Gegenstand aus Magnesium und Magnesiumlegierungen. 



   Magnesium und Magnesiumlegierungen haben grosses Potential für eine Verwendung als Werkstoff für Bauteile mit geringem Gewicht, weil diese mit Vorteilen im Transportwesen, z. B. in der Automobilindustrie, für den Flugzeugbau und dergleichen einsetzbar sind. 



   Magnesium selbst und Magnesium mit geringen Legierungsmetallanteilen bilden bei einer Erstarrung durchwegs Grobkorn aus, wodurch die mechanischen Eigenschaften sowie das Verformungsverhalten des Werkstoffes nachteilig beeinflusst sein können. Somit besteht seit langem der Wunsch, insbesondere zur Erhöhung der Umformbarkeit und der Materialfestigkeit, die Erstarrungsstruktur zu beeinflussen und eine feine, möglichst gleichmässige Korngrösse im Gussteil bzw. 



  Vormaterial für umgeformte Teile einzustellen. 



   Es wurden bereits eine Vielzahl von Kornfeinungszusätzen zum Flüssigkmetall und Kornfeinungsverfahren, z. B. hohes Überhitzen der Schmelze, vorgeschlagen, die jedoch unsicher in der Wirkung oder problembehaftet bezüglich einer Schutzgastechnik sind. 



   Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und setzt sich zum Ziel, ein Mittel zur sicheren und wirksamen Beeinflussung der Erstarrungsstruktur anzugeben. 



   Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines hochwirksamen Mittels zur Feinung und Homogenisierung der Kornstruktur von Magnesium und Magnesiumlegierungen. 



   Weiters ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren darzulegen, mit welchem eine Kornfeinung von Gussteilen allgemeiner Art von Magnesium und dessen Legierungen effizient und wirtschaftlich mit hoher Sicherheit durchführbar ist. 



   Schliesslich bezweckt die Erfindung, einen Gegenstand mit Feinkornstruktur anzugeben. 



   Das erste Ziel der Erfindung, eine weitgehend homogene Feinkornstruktur in MagnesiumbasisGussteilen zu schaffen, wird durch ein Mittel bestehend aus Siliziumkarbidteilchen, die im Wesentlichen vollumfänglich in einer Matrix aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung eingelagert sind, wobei die Menge an Sliliziumkarbidteilchen in der Matrix 35 bis 65 Vol.-% beträgt, erreicht. 



   Die mit der Erfindung geschaffenen Vorteile sind im Wesentlichen darin zu sehen, dass ein vollumfängliches Einlagern der Siliziumkarbidteilchen in einer Metallmatrix und somit einer Vorbenetzung derselben eine gleichmässige Verteilung in der Magnesiumschmelze fördert und eine gefürchtete Klumpenbildung bei einer Zugabe weitgehend vermeidet. Weiters ist die erfindungsgemässe Verteilung in den vorgesehenen Grenzen von Teilchen und Matrixmetall nicht nur reaktionskinetisch ein bevorzugter Bereich, sondern es lassen sich damit auch die Gehalte an Legierungselementen im korngefeinten Gussstück genau einstellen und somit dessen Eigenschaftswerte einstellen. 



   Die Ursache der Wirkung des Mittels bzw. einer feinkörnigen Erstarrung von Magnesiumschmelzen ist wissenschaftlich noch nicht vollkommen geklärt, es kann jedoch angenommen werden, dass Aluminium an der Oberfläche der SiC-Teilchen, durch Reaktion gebildete Aluminiumkarbidteilchen   AI4C3,   aber auch Siliziumkarbidteilchen selbst als Kristallisationskeime in der erstarrten Schmelze wirksam sein könnten. 



   Die besten Ergebnisse hinsichtlich der Feinkörnigkeit der Gussteile wurden bei einem Mittel mit einem Anteil von 45 bis 55 Vol.-% Siliziumkarbid in der Matrix erreicht. 



   Wenn, wie nach der Erfindung mit Vorteil vorgesehen sein kann, im Feinungsmittel der Durchmesser der   Siliziumkarbidteilchen.   0,5 um bis 6,8 um beträgt, ist eine höchst wirkungsvolle Feinkornstrukturbildung im Mg- Gussstück erreichbar. Steigende Korndurchmesser mit einer Grösse von mehr als ca. 6 um zeigen eine vorerst geringe und in der Folge rasch abnehmende Wirkung auf eine erstarrende Schmelze, wohingegen geringere Korndurchmesser als 0,5 um Herstellungsprobleme bewirken können. 



   Wenn nach einer Ausgestaltung der Erfindung das Matrixmetall des Mittels aus einer Legierung 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 von Aluminium und Magnesium gebildet ist, werden besonders gute Auflösungskriterien in der Magnesiumschmelze und hohe Kristallfeinungen erreicht. 



   Mit einem Mittel zur Kornfeinung, welches durch Infiltration von Siliziumkarbidteilchen mit Matrixmetall, vorzugsweise bei einer Temperatur von höchstens 740 C hergestellt wurde, können überraschend eine bessere Lösungskinetik und erhöhte Feinungswirkung bei mittleren Überhitzungstemperaturen der Magnesiumschmelze erhalten werden. 



   Das weitere Ziel der Erfindung wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines Mittels zur Beeinflusssung der Erstarrungsstruktur von Magnesium und Magnesiumlegierungen, wobei eine vorgesehene Menge von Siliziumkarbid(SiC)-Partikeln bereitgestellt und 65 bis 35 Vol.-% der Gesamtmenge des Mittels flüssiges Aluminium oder eine flüssige Aluminiumlegierung mit Druck in die Partikelmenge infiltriert und eine vollumfängliche Einlagerung der SiC-Partikel im Metall bewirkt werden, wonach eine Abkühlung des Gemenges erfolgt, erreicht. 



   Der mit diesem erfindungsgemässen Verfahren sich ergebende Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass einerseits eine genaue Relation zwischen SiC-Pulvermenge und Infiltrationsmetall erreicht werden kann und andererseits wird mit einem einfachen wirtschaftlichen Verfahren eine sichere vollumfängliche Einlagerung der Partikel bewirkt. 



   Von Vorteil bei der Infiltration ist, wenn die SiC-Partikelmenge mit einem Matrixmetall gebildet aus 6 bis 8 Gew.-% Si, 0,5 bis 10,5 Gew.-% Mg, bevorzugt 0,6 bis 1,5 Gew.-% Mg, Rest AI und Verunreinigungen durchgeführt wird. 



   Die weitere Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren gelöst, bei welchem zur Feinung der Erstarrungstruktur von Magnesium oder einer Magnesiumlegierung durch Zusatz eines oben gekennzeichneten Mittels zur Schmelze, Auflösen und homogenes Verteilen desselben im Flüssigmetall mit nachfolgender Erstarrung in einer Giessform, zum Beispiel in einer Stranggusskokille, anteilsmässig mindestens 0,06 Gew.-% in vorteilhafter Weise höchstens 0,9 Gew.-% an SiCTeilchen der Schmelze zugesetzt werden. 



   Gemäss der Erfindung ist die genannte Zusatzmenge, eingelagert in einer Metallmatrix mit Aluminium, mit Vorteil geeignet, die Schmelze mit Erstarrungskeimen zu impfen und derart einen feinkörnigen Gusskörper mit hoher Homogenität der Kornstruktur zu erstellen. 



   Letztlich wird der eingangs genannte Zweck der Erfindung durch einen Gegenstand aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung mit homogener Verteilung von Gefügekörnern mit einem Durchmesser von kleiner 0,5 mm anzugeben, erfüllt. 



   Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Gefügebildern beispielhaft näher erläutert. 



   Ein Kornfeinungsmittel wurde durch Infiltrieren von Siliziumkarbidpulver mit einem Korndurchmesser von im Mittel 3,6 um mit einer Menge von 48 Vol.-% Legierungsmetall aus 1,1 Gew. -% Mg, 7,2 Gew. -% Si und AI sowie Verunreinigungen als Rest mit Druck hergestellt und daraus Zusatzeinheiten in sog. Tablettenform gefertigt. Die Infiltration erfolgte bei einer Schmelzentemperatur von 735  C. 



   Zur Darstellung einer Wirkung wurde eine Schmelze einer Legierung mit der Bezeichnung AZ31 enthaltend im Wesentlichen 3,12 Gew.-% AI, 0,95 Gew.-% Zn, 0,34 Gew. -% Mn, Rest Mg und Verunreinigungen geteilt, ein Teil derselben mit Kornfeinungsmittel in einem Ausmass von anteilsmässig 0,45 Gew. -% SiC mit Kornfeinungstabletten versetzt, diese aufgeschmolzen und nach einem Durchmischen mit einer Temperatur von 690 C in eine Metallkokille gegossen. Zu Vergleichszwecken erfolgte der Abguss des zweiten Schmelzenteiles unbehandelt mit 695 C in eine gleichartige Kokille. 



   Aus den erstarrten Gussstücken wurden in Querrichtung Probescheiben entnommen, poliert und bei Raumtemperatur mit einem Ätzmittel aus 20 ml H20, 18 ml Ethanol, 20 ml Essig-Säure und 23 ml Picrin-Säure ca, 8 sec. geätzt. 



   Die Ätzbilder sind in Fig. 1 und Fig. 2 wiedergegeben. 



   Fig. 1 zeigt die Erstarrungsstruktur der unbehandelten Schmelze AZ31, wobei eine Korngrösse im Gussstück von durchschnittlich 1,3 mm ermittelt wurde bzw. vorlag. 



   In Fig. 2 ist das Gefüge des gleichartig hergestellten Gussstückes aus dem korngefeinten Schmelzenteil ersichtlich, welches eine durchschnittliche Korngrösse von ca. 250 um aufweist.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Mittel zur Beeinflussung der Erstarrungsstruktur, insbesondere Kornfeinungsmittel für Mag- nesium und Magnesiumlegierungen bestehend aus Siliziumkarbidteilchen, die im Wesent- lichen vollumfänglich in einer Matrix aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung einge- lagert sind, wobei die Menge an Siliziumkarbidteilchen in der Matrix 35 bis 65 Vol.-% be- trägt.
2. 2. Mittel nach Anspruch 1, wobei der Durchmesser der Siliziumkarbidteilchen 0,5 bis 6,8 um beträgt.
3. 3. Mittel nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Matrixmaterial aus einer Legierung mit Magnesi- um und Aluminium gebildet ist.
4. 4. Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellt durch Infiltration von Siliziumkarbidteil- chen mit Matrixmetall, vorzugsweise bei einer Temperatur von höchstens 740 C.
5. 5. Verfahren zur Herstellung eines Mittels gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Beeinflus- sung der Erstarrungsstruktur von Magnesium und Magnesiumlegierungen, wobei eine vor- gesehene Menge von Siliziumkarbid (SiC)-Partikeln bereitgestellt und 65 bis 35 Vol.-% der Gesamtmenge des Mittels flüssiges Aluminium oder eine flüssige Aluminiumlegierung mit Druck in die Partikelmenge infiltriert und eine vollumfängliche Einlagerung der SiC-Partikel im Metall bewirkt werden, wonach eine Abkühlung des Gemenges erfolgt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei zur Infiltration der SiC-Partikelmenge eine Legierung aus 6 bis 8 Gew.-% Si, 0,6 bis 1,5 Gew.-% Mg, Rest AI und Verunreinigungen eingesetzt wird.
7. 7. Verfahren zur Feinung der Erstarrungsstruktur, insbesondere Kornfeinung von Magnesium oder einer Magnesiumlegierung durch Zusatz eines Mittels gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Schmelze, Auflösen und homogenes Verteilen desselben im Flüssigmetall mit nachfolgender Erstarrung der Schmelze in einer Giessform, zum Beispiel in einer Strang- gusskokille, wobei anteilsmässig mindestens 0,06 Gew.-% in vorteilhafter Weise höchstens 0,9 Gew.-% an SiC-Teilchen in einem Mittel gemäss den Ansprüchen 1 bis 4 einer Schmel- ze zugesetzt werden.
8. 8. Gegenstand aus Magnesium oder einer Magnesiumlegerung mit homogener Verteilung von Gefügekörnern mit einem Durchmesser von kleiner 0,5 mm.