AT522003B1

AT522003B1 - Magnesium base alloy and process for making the same

Info

Publication number: AT522003B1
Application number: ATA51127/2018A
Authority: AT
Inventors: Gneiger Stefan
Original assignee: Lkr Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen Gmbh
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2021-10-15
Also published as: AT522003A3; EP3670691B1; AT522003A2; EP3670691A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Magnesiumbasislegierung. Um eine Magnesiumbasislegierung zu erreichen, welche sowohl eine hohe Festigkeit als auch eine hohe Dehnbarkeit aufweist, ist vorgesehen, dass die Magnesiumbasislegierung aufweist (in Gew.-%): in einem ersten Anteil Magnesium, in einem zweiten Anteil mehr als 10,0 % Aluminium, einen dritten Anteil eines oder mehrerer Elemente, welcher mit Aluminium zumindest eine erste Phase bildet, optional mehr als 0,0 bis 1,0 % Zink, Rest Magnesium und herstellungsbedingte Verunreinigungen, wobei die Magnesiumbasislegierung eine Mg17Al12-Phase enthält und eine Bildungstemperatur der ersten Phase größer ist als eine Bildungstemperatur der Mg17Al12-Phase. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Magnesiumbasislegierung.The invention relates to a magnesium-based alloy. In order to achieve a magnesium-based alloy which has both high strength and high ductility, it is provided that the magnesium-based alloy has (in% by weight): magnesium in a first proportion and more than 10.0% aluminum in a second proportion , a third portion of one or more elements which forms at least a first phase with aluminum, optionally more than 0.0 to 1.0% zinc, the remainder magnesium and production-related impurities, the magnesium-based alloy containing a Mg17Al12 phase and a formation temperature of the first Phase is greater than a formation temperature of the Mg17Al12 phase. The invention also relates to a method for producing the magnesium-based alloy.

Description

description

MAGNESIUMBASISLEGIERUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DERSELBEN [0001] Die Erfindung betrifft eine Magnesiumbasislegierung. MAGNESIUM BASED ALLOY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME The invention relates to a magnesium base alloy.

[0002] Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Magnesiumbasislegierung. The invention also relates to a method for producing the magnesium-based alloy.

[0003] Magnesiumbasislegierungen stellen häufig eingesetzte Gusslegierungen dar und finden im Besondern breite Anwendung im Bereich der Automobilindustrie. Vor allem für Druckgussverfahren, additive Fertigungsverfahren oder Thixomolding-Verfahren haben sich Mg-Al-Legierungen bewährt, da diese neben guten mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur insbesondere eine hohe Eignung für eine Gießbarkeit durch eine Ausbildung eines Eutektikums bzw. einer eutektischen Phase bei etwa 437 °C aufweisen. Das Eutektikum wird dabei mit einer intermetallischen Mg:;7Al;2-Phase gebildet (a(Mg) + Mg:7Al;2), welche eine Festigkeit der Legierung erhöht, gleichzeitig aber eine Dehnbarkeit der Legierung reduziert. Magnesium-based alloys are frequently used casting alloys and are particularly widely used in the automotive industry. Mg-Al alloys have proven their worth especially for die-casting processes, additive manufacturing processes or thixomolding processes, since, in addition to good mechanical properties at room temperature, they are particularly suitable for castability due to the formation of a eutectic or a eutectic phase at around 437 ° C exhibit. The eutectic is formed with an intermetallic Mg:; 7Al; 2 phase (a (Mg) + Mg: 7Al; 2), which increases the strength of the alloy, but at the same time reduces the ductility of the alloy.

[0004] Gebräuchlich sind Mg-Al-Legierungen mit einem Al-Anteil zwischen 2 Gew.-% und 9 Gew.-%. Bekannte Legierungen sind beispielsweise AZ61 (Mg-Al6%-Zn1%) oder AZ91 (MgAI9%-Zn1%), bezeichnet gemäß fachüblicher Kurzbezeichnung nach ASTM- Standard, wobei die Anteile jeweils in Gew.-% angegeben sind. Der übliche Al-Anteil von Mg-Al-Legierungen zwischen 2 Gew.-% und 9 Gew.-% ist dadurch erklärbar, dass mit höherem Al-Anteil ein höherer Anteil der Mg:-Al;2-Phase gebildet wird und dadurch eine Dehnbarkeit der Legierung stetig weiter reduziert wird. Anwendbare Mg-Al-Legierungen weisen daher in der Regel einen Al-Anteil von weniger als 10,0 Gew.-% auf. Magnesiumbasislegierungen, welche für einen Druckguss und/oder für additive Fertigungsverfahren geeignet sind, zeigen deshalb meist entweder eine gute Festigkeit oder eine hohe Dehnbarkeit, sowohl eine gute Festigkeit als auch eine hohe Dehnbarkeit wird selten erreicht und stellt einen üblichen Zielkonflikt dar. Mg-Al alloys with an Al content between 2% by weight and 9% by weight are common. Known alloys are, for example, AZ61 (Mg-Al6% -Zn1%) or AZ91 (MgAl9% -Zn1%), designated according to the technical abbreviation according to the ASTM standard, the proportions in each case being given in% by weight. The usual Al content of Mg-Al alloys between 2% by weight and 9% by weight can be explained by the fact that the higher the Al content, a higher proportion of the Mg: -Al; 2 phase is formed and thus a The ductility of the alloy is steadily reduced. Applicable Mg-Al alloys therefore generally have an Al content of less than 10.0% by weight. Magnesium-based alloys, which are suitable for die casting and / or for additive manufacturing processes, therefore usually show either good strength or high ductility; both good strength and high ductility are rarely achieved and represent a common conflict of objectives.

[0005] Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Magnesiumbasislegierung anzugeben, welche sowohl eine große Festigkeit als auch eine große Dehnbarkeit aufweist und sich insbesondere für Druckgussverfahren oder additive Fertigungsverfahren eignet. This is where the invention comes into play. The object of the invention is to provide a magnesium-based alloy which has both high strength and high ductility and is particularly suitable for die-casting processes or additive manufacturing processes.

[0006] Weiter ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Magnesiumbasislegierung anzugeben. It is also an object of the invention to provide a method for producing such a magnesium-based alloy.

[0007] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Magnesiumbasislegierung, aufweisend (in Gew.-%) According to the invention, the object is achieved by a magnesium-based alloy having (in% by weight)

in einem ersten Anteil Magnesium, in a first portion of magnesium,

in einem zweiten Anteil mehr als 10,0 % Aluminium, in a second proportion more than 10.0% aluminum,

einen dritten Anteil eines oder mehrerer Elemente, welcher mit Aluminium zumindest eine erste Phase bildet, a third portion of one or more elements, which forms at least a first phase with aluminum,

optional mehr als 0,0 bis 2,0 % Zinn, optionally more than 0.0 to 2.0% tin,

Rest Magnesium und herstellungsbedingte Verunreinigungen, Remainder magnesium and production-related impurities,

wobei die Magnesiumbasislegierung eine Mg1-Alı2-Phase enthält und eine Bildungstemperatur der ersten Phase größer ist als eine Bildungstemperatur der Mg:7Al;2-Phase. wherein the magnesium-based alloy contains a Mg1-Alı2 phase and a formation temperature of the first phase is greater than a formation temperature of the Mg: 7Al; 2 phase.

[0008] Grundlage der Erfindung ist die Idee, den festigkeitssteigernden Effekt von Aluminium in einer Magnesiumbasislegierung zu nutzen, also vergleichsweise hohe Al-Anteile in der Magnesiumbasislegierung vorzusehen, gleichzeitig aber einen Anteil der intermetallischen Mg:7Al+12Phase zu reduzieren, um auf diese Weise eine mögliche Reduktion einer Dehnbarkeit der Magnesiumbasislegierung zu verringern. Indem ein dritter Anteil eines oder mehrerer Elemente vorgesehen ist, welcher mit Aluminium eine erste Phase bildet, und eine Bildungstemperatur der ersten Phase größer ist als eine Bildungstemperatur der Mg:7-Al;2-Phase bzw. des Eutektikums mit der Mg:-Al:2-Phase, ist ein Anteil des Aluminiums in der ersten Phase gebunden und steht deshalb für eine Bildung einer Mg1-Alı2-Phase nicht mehr im vollen Ausmaß zur Verfügung. Dadurch reduziert sich also der Anteil von gebildeter Mg:7-Al;2-Phase bzw. eutektischer Phase, The invention is based on the idea of using the strength-increasing effect of aluminum in a magnesium-based alloy, i.e. to provide comparatively high Al proportions in the magnesium-based alloy, but at the same time to reduce a proportion of the intermetallic Mg: 7Al + 12 phase in order in this way to reduce a possible reduction in ductility of the magnesium-based alloy. In that a third portion of one or more elements is provided which forms a first phase with aluminum, and a formation temperature of the first phase is greater than a formation temperature of the Mg: 7-Al; 2-phase or of the eutectic with the Mg: -Al : 2 phase, a portion of the aluminum is bound in the first phase and is therefore no longer fully available for the formation of a Mg1-Alı2 phase. This reduces the proportion of Mg: 7-Al; 2-phase or eutectic phase formed,

welche mit Mg:-Al:2-Phase gebildet ist, wodurch ein negativer Einfluss der Mg17Alı2-Phase auf die Dehnbarkeit reduziert ist. Gleichzeitig trägt aber die erste Phase, welche mit Aluminium gebildet ist, zur Festigkeit der Magnesiumbasislegierung bei. Vorteilhaft ist es, wenn dabei die erste Phase eine günstige Morphologie hinsichtlich derer mechanischen Eigenschaften, insbesondere einer hohen Festigkeit bzw. Dehnbarkeit, aufweist. Hierzu ist es beispielsweise günstig, wenn die erste Phase als nicht zusammenhängende Struktur, bevorzugt in Form von überwiegend isolierten Inseln, ausgebildet ist und/oder Ausscheidungen der ersten Phase eine möglichst kleine Größe aufweisen und/oder Ausscheidungen der ersten Phase eine runde oder blockförmige Gestalt aufweisen, wie nachstehend im Detail erläutert ist. Auf diese Weise wird demnach erreicht, dass die Magnesiumbasislegierung sowohl eine große Festigkeit als auch eine große Dehnbarkeit aufweist. which is formed with a Mg: -Al: 2 phase, which reduces the negative influence of the Mg17Alı2 phase on the ductility. At the same time, however, the first phase, which is formed with aluminum, contributes to the strength of the magnesium-based alloy. It is advantageous if the first phase has a favorable morphology with regard to its mechanical properties, in particular high strength or ductility. For this purpose, it is advantageous, for example, if the first phase is designed as a discontinuous structure, preferably in the form of predominantly isolated islands, and / or precipitates from the first phase are as small as possible and / or precipitates from the first phase have a round or block-shaped shape as explained in detail below. In this way, it is achieved that the magnesium-based alloy has both great strength and great ductility.

[0009] Der Al-Anteil stellt dabei zweckmäßig nach Magnesium den höchsten Anteil eines Elementes in der Magnesiumbasislegierung dar. Die Bildungstemperatur der Mg1-Al:2-Phase bzw. des Eutektikums mit der Mg;-Al:2-Phase liegt in der Regel in einem Bereich von etwa 437 °C, wie dies aus einem binären Phasendiagramm von Mg-Al, dargestellt in Fig. 1, entnommen werden kann. [0009] The Al proportion is suitably the highest proportion of an element in the magnesium-based alloy after magnesium. The formation temperature of the Mg1-Al: 2 phase or of the eutectic with the Mg; -Al: 2 phase is usually in a range of about 437 ° C., as can be seen from a binary phase diagram of Mg-Al, shown in FIG. 1.

[0010] Die Mg17Al;2-Phase und deren Bildungstemperatur beziehen sich erfindungsgemäß insbesondere auf jene Mg;7Al;2-Phase, welche im Rahmen einer Bildung eines Eutektikums (a(Mg) + Mgi7Al;2) bei einem Abkühlen der Mg-Al-Legierung gebildet wird. Es ist dem Fachmann verständlich, dass bei einem realen Erstarrungsprozess einer Mg-Al-Legierung, besonders aufgrund einer geringen Diffusionsgeschwindigkeit von Aluminium in Magnesium, geringe Anteile von Mg17Alı2 schon bei höheren Temperaturen, beispielsweise schon bei einer Solidustemperatur der Mg-Al-Legierung, ausgeschieden werden können. Verständigerweise fallen solche Anteile erfindungsgemäß nicht unter den verwendeten Begriff Mg+47-Al;2-Phase und stellen entsprechend auch keine Limitierung für die erfindungsgemäße Magnesiumbasislegierung dar. According to the invention, the Mg17Al; 2 phase and its formation temperature relate in particular to that Mg; 7Al; 2 phase which occurs in the context of a formation of a eutectic (a (Mg) + Mgi7Al; 2) when the Mg-Al Alloy is formed. It is understandable to a person skilled in the art that in a real solidification process of an Mg-Al alloy, especially due to a low diffusion rate of aluminum in magnesium, small proportions of Mg17Alı2 precipitate even at higher temperatures, for example already at a solidus temperature of the Mg-Al alloy can be. Understandably, according to the invention, such proportions do not fall under the term Mg + 47-Al; 2-phase and accordingly do not represent any limitation for the magnesium-based alloy according to the invention.

[0011] Zweckmäßig ist vorgesehen, dass der dritte Anteil mit Aluminium mehrere unterschiedliche erste Phasen bildet, deren Bildungstemperaturen größer als die Bildungstemperatur der Mg:7Al:2-Phase sind. Dies ermöglicht ein differenziertes Einstellen der gewünschten Festigkeit sowie Dehnbarkeit der Magnesiumbasislegierung. Hierzu können, wie nachfolgend erläutert, unterschiedliche Elemente für eine Bildung der ersten Phase bzw. mehrerer erster Phasen verwendet werden. Insbesondere Seltenerdmetalle (RE) und/oder Calcium (Ca) haben sich zur Bildung der ersten Phase als günstig erwiesen. It is expediently provided that the third component forms several different first phases with aluminum, the formation temperatures of which are higher than the formation temperature of the Mg: 7Al: 2 phase. This enables a differentiated setting of the desired strength and ductility of the magnesium-based alloy. For this purpose, as explained below, different elements can be used to form the first phase or several first phases. In particular, rare earth metals (RE) and / or calcium (Ca) have proven to be beneficial for the formation of the first phase.

[0012] Mit Vorteil ist zur Erreichung einer ausgeprägten Festigkeit vorgesehen, dass der dritte Anteil die zumindest erste Phase zumindest mit einem Anteil von Aluminium bildet, welcher im zweiten Anteil 10 Gew.-% Aluminium übersteigt. Der dritte Anteil bildet damit also mit mindestens dem zweiten Anteil von Aluminium abzüglich 10,0 Gew-% Aluminium die zumindest eine erste Phase. Es stehen dann maximal 10,0 Gew.-% Aluminium für eine Bildung einer Mg1-Al;2-Phase zur Verfügung, da der übrige Anteil von Aluminium in der zumindest ersten Phase gebunden ist. Der negative Einfluss der Mg;7Al;2-Phase auf die Dehnbarkeit ist dadurch auf ein praktikables Maß reduziert. In order to achieve a pronounced strength, it is advantageously provided that the third portion forms the at least first phase with at least a portion of aluminum which, in the second portion, exceeds 10% by weight of aluminum. The third portion thus forms the at least one first phase with at least the second portion of aluminum minus 10.0% by weight of aluminum. A maximum of 10.0% by weight of aluminum is then available for the formation of a Mg1-Al; 2 phase, since the remaining proportion of aluminum is bound in the at least first phase. The negative influence of the Mg; 7Al; 2 phase on the ductility is thereby reduced to a practicable level.

[0013] Der dritte Anteil eines oder mehrere Elemente kann grundsätzlich mit allen Elementen, abgesehen von Magnesium und Aluminium, gebildet sein, welche gemeinsam mit Aluminium eine erste Phase bilden, deren Bildungstemperatur größer ist als jene der Mg;7Al:2-Phase, um einen Anteil der Mg:7-Al;2-Phase bzw. des Eutektikums mit der Mg:;7Al;2-Phase zu reduzieren. The third portion of one or more elements can in principle be formed with all elements, apart from magnesium and aluminum, which together with aluminum form a first phase whose formation temperature is higher than that of the Mg; 7Al: 2 phase to reduce a proportion of the Mg: 7-Al; 2-phase or of the eutectic with the Mg:; 7Al; 2-phase.

[0014] Es hat sich gezeigt, dass es für eine große Festigkeit und große Dehnbarkeit günstig ist, wenn der dritte Anteil mit einem oder mehreren Elementen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Seltenerdmetallen (RE), Scandium, Calcium, Strontium, Barium, Zirconium, Mangan und/oder Lithium gebildet ist. Dabei haben sich folgende zugehörige Gehaltsbereiche (in At.-%) als besonders geeignet erwiesen: It has been shown that it is favorable for a high strength and high ductility if the third component with one or more elements selected from the group consisting of rare earth metals (RE), scandium, calcium, strontium, barium, zirconium, Manganese and / or lithium is formed. The following associated content ranges (in at .-%) have proven to be particularly suitable:

mehr als 0,0 bis 3,0 % Seltenerdmetalle, bevorzugt nach Maßgabe eines Mindestzugabefaktors von etwa 0,5 At.-% Seltenerdmetalle und/oder mehr als 0,0 bis 1,0 % Sc, bevorzugt nach Maßgabe eines Mindestzugabefaktors von etwa 0,33 At.-% Sc und/oder more than 0.0 to 3.0% rare earth metals, preferably in accordance with a minimum addition factor of about 0.5 at .-% rare earth metals and / or more than 0.0 to 1.0% Sc, preferably in accordance with a minimum addition factor of about 0 , 33 at .-% Sc and / or

mehr als 0,0 bis 3,0 % Ca, bevorzugt nach Maßgabe eines Mindestzugabefaktors von etwa 0,5 At.-% Ca und/oder more than 0.0 to 3.0% Ca, preferably in accordance with a minimum addition factor of about 0.5 at.% Ca and / or

mehr als 0,0 bis 1,5 % Sr, bevorzugt nach Maßgabe eines Mindestzugabefaktors von etwa 0,25 At.-% Sr und/oder more than 0.0 to 1.5% Sr, preferably in accordance with a minimum addition factor of about 0.25 at.% Sr and / or

mehr als 0,0 bis 3,0 % Ba, bevorzugt nach Maßgabe eines Mindestzugabefaktors von etwa 0,25 At.-% Ba und/oder more than 0.0 to 3.0% Ba, preferably in accordance with a minimum addition factor of about 0.25 at .-% Ba and / or

mehr als 0,0 bis 1,0 % Zr, bevorzugt nach Maßgabe eines Mindestzugabefaktors von etwa 0,5 At.-% Zr und/oder more than 0.0 to 1.0% Zr, preferably in accordance with a minimum addition factor of about 0.5 at.% Zr and / or

mehr als 0,0 bis 1,0 % Mn, bevorzugt nach Maßgabe eines Mindestzugabefaktors von etwa 0,625 At.-% Mn und/oder more than 0.0 to 1.0% Mn, preferably in accordance with a minimum addition factor of about 0.625 at.% Mn and / or

mehr als 0,0 bis 6,0 % Li, bevorzugt nach Maßgabe eines Mindestzugabefaktors von etwa 1,0 At.-% Li. more than 0.0 to 6.0% Li, preferably in accordance with a minimum addition factor of about 1.0 at .-% Li.

[0015] Der Mindestzugabefaktor definiert dabei einen Mindestanteil eines jeweiligen Elementes zur Bindung von 1,0 At.-% Aluminium durch das jeweilige Element in der zumindest ersten Phase. Ein bevorzugt vorgesehener Anteil eines Elementes des dritten Anteiles ergibt sich somit, indem der durch das Element in der ersten Phase zu bindende Anteil von Aluminium mit dem Mindestzugabefaktor des Elementes multipliziert wird. Dabei kann zur Bindung eines Anteiles von Aluminium in der zumindest ersten Phase die erste Phase mit einem der vorgenannten Elemente, insbesondere entsprechend dem Mindestzugabefaktor des Elementes, gebildet sein oder mit mehreren der vorgenannten Elemente, wobei sich der in der ersten Phase zu bindende Anteil des Aluminiums dann insbesondere auf die mehreren Elemente entsprechend deren jeweiligen Mindestzugabefaktoren aufteilt. The minimum addition factor defines a minimum proportion of a respective element for binding 1.0 at .-% aluminum by the respective element in the at least first phase. A preferably provided proportion of an element of the third proportion is thus obtained in that the proportion of aluminum to be bound by the element in the first phase is multiplied by the minimum addition factor of the element. To bind a proportion of aluminum in the at least first phase, the first phase can be formed with one of the aforementioned elements, in particular according to the minimum addition factor of the element, or with several of the aforementioned elements, the proportion of aluminum to be bound in the first phase being then in particular divided among the several elements according to their respective minimum addition factors.

[0016] Soll beispielsweise mit dem dritten Anteil ein Anteil von 2 At.-% Aluminium in der ersten Phase gebunden sein, kann dies vorteilhaft erfolgen, indem der dritte Anteil mit Scandium und Mangan derart gebildet ist, dass (in At.-%) vorgesehen ist: If, for example, a proportion of 2 at .-% aluminum is to be bound in the first phase with the third portion, this can advantageously be done by forming the third portion with scandium and manganese such that (in at .-%) is provided:

Scandium mit einem Anteil von 1,3 % x 0,33 % = 0,43 At.-% und Scandium with a proportion of 1.3% x 0.33% = 0.43 at .-% and

Mangan mit einem Anteil von 0,7 % x 0,625 % = 0,438 At.-%. Manganese with a proportion of 0.7% x 0.625% = 0.438 at .-%.

Hierbei ist also zur Bestimmung von vorteilhaften Anteilen von Scandium und Mangan im dritten Anteil angenommen, dass ausgehend von dem beispielhaften Anteil von 2 At.-% Aluminium ein Anteil von 1,3 At.-% Aluminium durch Scandium unter Berücksichtigung des Mindestzugabefaktors von Scandium von 0,33 At.-% und ein Anteil von 0,7 At.-% Aluminium durch Mangan unter Berücksichtigung des Mindestzugabefaktors von Mangan von 0,625 At.-% in der ersten Phase gebunden sind. Auf diese Weise können vorteilhafte Anteile von Elementen des dritten Anteiles zur gezielten Festlegung eines Anteiles von Aluminium in der ersten Phase auf einfache Weise vorgesehen werden. To determine advantageous proportions of scandium and manganese in the third proportion, it is assumed that, based on the exemplary proportion of 2 at.% Aluminum, a proportion of 1.3 at 0.33 at .-% and a proportion of 0.7 at .-% aluminum are bound by manganese, taking into account the minimum addition factor for manganese of 0.625 at .-% in the first phase. In this way, advantageous proportions of elements of the third proportion can be provided in a simple manner for the targeted determination of a proportion of aluminum in the first phase.

[0017] Um eine besonders ausgeprägte Festigkeit zu erreichen, ist es günstig, wenn die erste Phase und/oder die Mg;-Al;2-Phase jeweils als nicht zusammenhängende Struktur ausgebildet sind. Nicht zusammenhängende Struktur bedeutet dabei eine Ausbildung in Form von überwiegend isolierten Inseln, im Gegensatz zu einer Ausbildung einer netzartigen Struktur, wie es in konventionellen Legierungen häufig der Fall ist. Ublicherweise sind hierbei mehr als 50 Gew.-% der ersten Phase bzw. Mg17Al;2-Phase in Form von isolierten Inseln ausgebildet. Eine hohe Festigkeit ist erreichbar, wenn mehr als 70 Gew.-%, bevorzugt mehr als 90 Gew.-%, der ersten Phase bzw. Mg47-Alı2-Phase in Form von isolierten Inseln ausgebildet sind. Günstig ist es, wenn Ausscheidungen der ersten Phase und/oder Ausscheidungen der Mg:7Al;2-Phase möglichst klein sind. Dadurch ist eine besonders große Festigkeit erreichbar. Eine Struktur der ersten Phase und/oder Mg: -Al:2-Phase bzw. eine Größe deren Ausscheidungen kann praktikabel bei einem Abkühlen der Ausgangsstoffe der Magnesiumbasislegierung ausgehend von einer flüssigen Phase durch passende Wahl einer Abkühlrate eingestellt werden. Ursache ist insbesondere eine langsame Diffusionsgeschwindigkeit von Aluminium in Magnesium. Bewährt hat sich dabei eine Abkühlrate von mehr als 10 K/s, bevorzugt mehr als 20 K/s. Insbesondere kann mit einer derartigen Abkühlrate eine Größe der Ausscheidungen klein gehalten werden. Bedingt durch eine langsame Diffusionsgeschwindigkeit von Aluminium in Magnesium wird dadurch außerdem ein Anteil der Mg:7Al;2-Phase noch weiter reduziert. Wird eine Abkühlrate von mehr als 20 K/s verwendet, In order to achieve a particularly pronounced strength, it is advantageous if the first phase and / or the Mg; -Al; 2 phase are each designed as a non-cohesive structure. A non-contiguous structure means a formation in the form of predominantly isolated islands, in contrast to a formation of a network-like structure, as is often the case in conventional alloys. Usually, more than 50% by weight of the first phase or Mg17Al; 2 phase is in the form of isolated islands. A high level of strength can be achieved if more than 70% by weight, preferably more than 90% by weight, of the first phase or Mg47-Alı2 phase are in the form of isolated islands. It is favorable if precipitates from the first phase and / or precipitates from the Mg: 7Al; 2 phase are as small as possible. This makes it possible to achieve a particularly high level of strength. A structure of the first phase and / or Mg: -Al: 2 phase or a size of their precipitations can be practically set when the starting materials of the magnesium-based alloy are cooled starting from a liquid phase by a suitable choice of a cooling rate. The main reason for this is the slow diffusion rate of aluminum in magnesium. A cooling rate of more than 10 K / s, preferably more than 20 K / s, has proven useful. In particular, a size of the precipitates can be kept small with such a cooling rate. Due to the slow diffusion rate of aluminum in magnesium, this also further reduces a proportion of the Mg: 7Al; 2 phase. If a cooling rate of more than 20 K / s is used,

sind besonders kleine und homogen verteilte, nicht zusammenhängende Ausscheidungen der ersten Phase und/oder Mg;-Al:2-Phase erreichbar, wodurch eine besonders große Festigkeit und große Dehnbarkeit erzielt werden kann. Insbesondere wird bei einer solchen Abkühlrate eine Festigkeit durch ausgeprägte Mischkristallverfestigung weiter erhöht und eine Korrosionsbeständigkeit verbessert. Derartige Abkühlraten werden in der Regel bei einem Druckgussverfahren oder einem Lichtbogenprozess oder einem Plasmaprozess verwendet, weshalb diese Verfahren bzw. Prozesse besonders geeignet für eine Anwendung bzw. Herstellung der erfindungsgemäßen Magnesiumbasislegierung entsprechend den vorgenannten Wirkungen sind. Eine weitere Verbesserung der mechanischen Eigenschaften ist erreichbar, wenn Ausscheidungen der ersten Phase und/oder Ausscheidungen der Mg:-Al;2-Phase eine runde oder blockförmige Gestalt aufweisen. Dies kann durch eine abgestimmte Wahl der Elemente des dritten Anteiles sowie häufig auch mit einer Wahl einer geeigneten Abkühlrate bei einer Herstellung, erreicht werden. Particularly small and homogeneously distributed, discontinuous precipitations of the first phase and / or Mg; -Al: 2 phase can be achieved, whereby a particularly high strength and high ductility can be achieved. In particular, at such a cooling rate, strength is further increased by pronounced solid solution strengthening and corrosion resistance is improved. Such cooling rates are generally used in a die-casting process or an arc process or a plasma process, which is why these processes or processes are particularly suitable for an application or production of the magnesium-based alloy according to the invention in accordance with the aforementioned effects. A further improvement in the mechanical properties can be achieved if precipitates from the first phase and / or precipitates from the Mg: -Al; 2 phase have a round or block-shaped shape. This can be achieved through a coordinated choice of the elements of the third component and often also through a choice of a suitable cooling rate during manufacture.

[0018] Ein ausgeprägtes Reduzieren eines Anteiles der Mg1-Al:2-Phase wird erreicht, wenn der dritte Anteil mit Seltenerdmetallen, bevorzugt mit einem Anteil von mehr als 0,0 bis 4,0 Gew.-%, gebildet ist. Dadurch ergibt sich eine ausgeprägte Festigkeit und große Dehnbarkeit. A marked reduction in a proportion of the Mg1-Al: 2 phase is achieved if the third proportion is formed with rare earth metals, preferably with a proportion of more than 0.0 to 4.0% by weight. This results in a pronounced strength and great elasticity.

[0019] Ein ähnlich günstiges Verhalten zeigt sich auch, wenn der dritte Anteil mit Calcium, bevorzugt mit einem Anteil von mehr als 0,0 bis 4,0 Gew-% gebildet ist. A similarly favorable behavior is also shown when the third portion is formed with calcium, preferably with a proportion of more than 0.0 to 4.0% by weight.

[0020] Es hat sich auch gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn der dritte Anteil mit Seltenerdmetallen, bevorzugt mit einem Anteil von mehr als 0,0 bis 4,0 Gew.-%, und mit Calcium, bevorzugt mit einem Anteil von mehr als 0,0 bis 4,0 Gew.-%, gebildet ist. Dadurch ist eine besonders ausgeprägte Verringerung eines Anteiles der Mg:-Alı2-Phase und in Folge eine große Festigkeit und große Dehnbarkeit ermöglicht. Dies gilt besonders, wenn die Seltenerdmetalle mit einem Anteil von mehr als 0,0 bis 4,0 Gew.-% und Calcium mit einem Anteil von mehr als 0,0 bis 4,0 Gew.-% vorgesehen ist. It has also been shown that it is advantageous if the third portion with rare earth metals, preferably with a proportion of more than 0.0 to 4.0 wt .-%, and with calcium, preferably with a proportion of more as 0.0 to 4.0 wt%. This enables a particularly pronounced reduction in a proportion of the Mg: -Alı2 phase and, as a result, great strength and great ductility. This is particularly true if the rare earth metals are provided with a proportion of more than 0.0 to 4.0% by weight and calcium with a proportion of more than 0.0 to 4.0% by weight.

[0021] Als besonders geeignet zur Erreichung der erfindungsgemäß vorgesehenen Wirkungen hat sich eine Verwendung von Mischmetall bzw. Cer-Mischmetall erwiesen. Günstig ist es entsprechend, wenn der dritte Anteil mit Mischmetall gebildet ist, insbesondere mit einem Anteil von mehr als 0,0 bis 4,0 Gew.-%. Insbesondere in Kombination mit Calcium, bevorzugt entsprechend den vorgenannten Anteilen, ergibt sich eine besonders ausgeprägte Festigkeit und große Dehnbarkeit. The use of mischmetal or cerium-mischmetal has proven to be particularly suitable for achieving the effects provided according to the invention. It is correspondingly favorable if the third portion is formed with misch metal, in particular with a proportion of more than 0.0 to 4.0% by weight. Particularly in combination with calcium, preferably in accordance with the aforementioned proportions, the result is particularly pronounced strength and great extensibility.

[0022] Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der dritte Anteil mit mehr als 0,0 bis 0,5 Gew.%, bevorzugt etwa 0,3 Gew.-%, Mangan gebildet ist. Dies verbessert neben einer Erhöhung der Festigkeit außerdem eine Korrosionsbeständigkeit. It has proven to be advantageous if the third portion is formed with more than 0.0 to 0.5% by weight, preferably about 0.3% by weight, of manganese. In addition to increasing strength, this also improves corrosion resistance.

[0023] Es hat sich insbesondere bewährt, dass der dritte Anteil mit Seltenerdmetallen, Calcium und Mangan, zweckmäßig gemäß den vorgenannten jeweiligen Anteilen, gebildet ist. Dadurch wird eine große Festigkeit, große Dehnbarkeit und ausgeprägte Korrosionsbeständigkeit erreicht. Vorteilhaft ist es hierfür weiter, wenn der dritte Anteil zudem mit Strontium, bevorzugt mit einem Anteil zwischen 0,1 Gew.-% und 0,8 Gew.-%, gebildet ist. It has proven particularly useful that the third portion is formed with rare earth metals, calcium and manganese, expediently in accordance with the aforementioned respective proportions. As a result, great strength, great ductility and pronounced corrosion resistance are achieved. It is also advantageous for this if the third portion is also formed with strontium, preferably with a portion between 0.1% by weight and 0.8% by weight.

[0024] Bewährt hat es sich, wenn die Magnesiumbasislegierung mit mehr als 0,0 bis 1,0 Gew.%, bevorzugt etwa 0,5 Gew-%, Zink ausgebildet ist. Dadurch wird eine Festigkeit weiter verstärkt. It has proven useful if the magnesium-based alloy is formed with more than 0.0 to 1.0% by weight, preferably about 0.5% by weight, of zinc. As a result, strength is further strengthened.

[0025] Zweckmäßig ist es, wenn die Magnesiumbasislegierung mehr als 10,0 Gew.-% bis etwa 30,0 Gew.-% Aluminium aufweist. Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäß vorgesehenen Wirkungen im Hinblick auf übliche Herstellungsverfahren mit großen Abkühlraten besonders praktikabel erreicht werden können, wenn die Magnesiumbasislegierung mehr als 10,0 Gew.-% bis 15,0 Gew.-%, bevorzugt zwischen 10,2 Gew.-% bis 12,5 Gew.-%, Aluminium aufweist. It is useful if the magnesium-based alloy has more than 10.0% by weight to about 30.0% by weight of aluminum. It has been shown that the effects provided according to the invention can be achieved particularly practically with regard to conventional manufacturing processes with high cooling rates if the magnesium-based alloy is more than 10.0% by weight to 15.0% by weight, preferably between 10.2% Wt .-% to 12.5 wt .-%, aluminum.

[0026] Das weitere Ziel der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Magnesiumbasislegierung erreicht, wobei Ausgangsstoffe der Magnesiumbasislegierung ausgehend von einer flüssigen Phase bzw. einer Schmelze abgekühlt werden, um die erste Phase und anschließend die Mg1-Al:2-Phase auszubilden. Entsprechend den erfindungsgemäß vorgesehenen Ausführungen, Merkmalen und Wirkungen der erfindungsgemäßen Magnesium-The further object of the invention is achieved by a method for producing a magnesium-based alloy according to the invention, starting materials of the magnesium-based alloy being cooled starting from a liquid phase or a melt in order to form the first phase and then the Mg1-Al: 2 phase . According to the embodiments, features and effects of the inventive magnesium

basislegierung kann mit dem Verfahren vorteilhaft eine entsprechende Magnesiumbasislegierung hergestellt werden. Da die erste Phase eine Bildungstemperatur aufweist, welche höher als die Bildungstemperatur der Mg;7-Al;2-Phase ist, wird ein Anteil des Aluminiums in der ersten Phase gebunden und steht im gebundenen Ausmaß nicht mehr für eine Ausbildung der Mg;7Al;2-Phase zur Verfügung. Eine Zusammensetzung der flüssigen Phase bzw. Schmelze entspricht der vorstehend erläuterten allgemeinen Zusammensetzung oder gegebenenfalls einer der ebenfalls erläuterten speziellen Zusammensetzungen. base alloy, a corresponding magnesium base alloy can advantageously be produced with the method. Since the first phase has a formation temperature which is higher than the formation temperature of the Mg; 7-Al; 2 phase, a portion of the aluminum is bound in the first phase and, to the extent that is bound, no longer stands for formation of the Mg; 7Al; 2 phase available. A composition of the liquid phase or melt corresponds to the general composition explained above or, if appropriate, to one of the special compositions also explained.

[0027] Mit Vorteil ist vorgesehen, dass ein Abkühlen der Ausgangsstoffe mit einer Abkühlrate von mehr als 10 K/s, bevorzugt mehr als 20 K/s, erfolgt. Wie vorstehend bereits ausgeführt, ist dadurch eine Ausbildung der ersten Phase und/oder Mg:-Al:2-Phase als nicht zusammenhängende Struktur erreichbar und werden dadurch zudem Ausscheidungen der ersten Phase und/oder Ausscheidungen der Mg:-Al;2-Phase klein gehalten. Dies verstärkt vorteilhaft eine Festigkeit und Dehnbarkeit der Magnesiumbasislegierung. Wird eine Abkühlrate von mehr als 20 K/s verwendet, sind besonders kleine und homogen verteilte, nicht zusammenhängende Ausscheidungen der ersten Phase und/oder Mg :-Al:2-Phase erreichbar, wodurch eine besonders große Festigkeit und große Dehnbarkeit erzielt werden kann. Weitere Vorteile, die sich durch eine solch hohe Abkühlrate ergeben, sind eine zusätzliche Festigkeitserhöhung durch Mischkristallverfestigung sowie eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit. Zweckmäßig ist es hierbei, wenn das Abkühlen derart erfolgt, dass eine derartige Abkühlrate durchgehend zumindest während eines Abkühlens von der Bildungstemperatur der Mg;-Al:2-Phase bis etwa 150 °C unterhalb der Bildungstemperatur der Mg1-Ali2-Phase gegeben ist. Dies gilt besonders, wenn das Abkühlen so erfolgt, dass eine derartige Abkühlrate durchgehend während eines Abkühlens von einer flüssigen Phase der Ausgangsstoffe bis zu einer Temperatur 150 °C unterhalb der Bildungstemperatur der Mg17Al;2-Phase gegeben ist. It is advantageously provided that the starting materials are cooled at a cooling rate of more than 10 K / s, preferably more than 20 K / s. As already stated above, this makes it possible to form the first phase and / or Mg: -Al: 2 phase as a non-cohesive structure and this also makes precipitates of the first phase and / or precipitates of the Mg: -Al; 2 phase small held. This advantageously increases strength and ductility of the magnesium-based alloy. If a cooling rate of more than 20 K / s is used, particularly small and homogeneously distributed, non-coherent precipitates of the first phase and / or Mg: -Al: 2 phase can be achieved, whereby a particularly high strength and high ductility can be achieved. Further advantages that result from such a high cooling rate are an additional increase in strength through solid solution strengthening and improved corrosion resistance. It is useful here if the cooling takes place in such a way that such a cooling rate is given continuously at least during cooling from the formation temperature of the Mg; -Al: 2 phase to about 150 ° C. below the formation temperature of the Mg1-Al2 phase. This is especially true if the cooling takes place in such a way that such a cooling rate is given continuously during cooling from a liquid phase of the starting materials to a temperature 150 ° C. below the formation temperature of the Mg17Al; 2 phase.

[0028] Günstig ist es, wenn eine Wärmebehandlung der Magnesiumbasislegierung vorgesehen ist, um einen Anteil der Mg:-Al;2-Phase einzustellen. Es hat sich gezeigt, dass dadurch eine Festigkeit und auch eine Dehnbarkeit weiter optimiert werden können. Insbesondere ist dadurch ermöglicht, eine Festigkeit und Dehnbarkeit der Magnesiumbasislegierung auf einen Einsatzzweck abgestimmt einzustellen. Dies unterscheidet eine erfindungsgemäße Magnesiumbasislegierung beispielsweise von einer üblichen AZ61- Magnesiumbasislegierung, bei welcher in der Regel aufgrund deren geringen Aluminiumanteils durch eine Wärmebehandlung keine Verbesserung bzw. kein weiteres zweckgerichtetes Einstellen von Festigkeit und Dehnbarkeit mehr erreichbar ist. It is advantageous if a heat treatment of the magnesium-based alloy is provided in order to set a proportion of the Mg: -Al; 2 phase. It has been shown that strength and also ductility can be further optimized in this way. In particular, this makes it possible to adjust the strength and ductility of the magnesium-based alloy to a purpose. This distinguishes a magnesium-based alloy according to the invention, for example, from a conventional AZ61 magnesium-based alloy, in which, due to its low aluminum content, no improvement or further purposeful adjustment of strength and ductility can usually be achieved through heat treatment.

[0029] Bewährt hat es sich, wenn ein Druckgussverfahren oder Lichtbogenschweißen, insbesondere Wire-Arc-Additive-Manufacturing, angewendet wird. Diese Herstellungstechniken werden mit hohen Abkühlraten betrieben, weshalb diese besonders geeignet für eine Herstellung bzw. Verwendung einer erfindungsgemäßen Magnesiumbasislegierung sind, da wie vorstehend ausgeführt hohe Abkühlraten zu besonders großer Festigkeit und großer Dehnbarkeit der Magnesiumbasislegierung führen. Vor allem Wire-Arc-Additive-Manufacturing (WAAM) hat sich als besonders geeignet erwiesen. Dabei wird ein Lichtbogenschweißprozess zum schichtweisen Aufbau eines Bauteiles verwendet. Die beim Wire-Arc-Additive-Manufacturing angewendeten hohen Abkühlraten führen zu homogenen und fein verteilten Ausscheidungen sowohl der ersten Phase als auch der Mg:-Alı2-Phase, wodurch große Festigkeiten und Dehnbarkeiten erreichbar sind. Dies ermöglicht eine Erzeugung von komplexen Bauteilen mit der erfindungsgemäßen Magnesiumbasislegierung, welche besonders robust sind. It has proven useful if a die-casting process or arc welding, in particular wire-arc additive manufacturing, is used. These production techniques are operated with high cooling rates, which is why they are particularly suitable for producing or using a magnesium-based alloy according to the invention, since, as stated above, high cooling rates lead to particularly high strength and high ductility of the magnesium-based alloy. Wire-arc additive manufacturing (WAAM) in particular has proven to be particularly suitable. An arc welding process is used to build up a component in layers. The high cooling rates used in wire-arc additive manufacturing lead to homogeneous and finely distributed precipitations of both the first phase and the Mg: -Alı2 phase, which means that high strengths and ductility can be achieved. This enables the production of complex components with the magnesium-based alloy according to the invention, which are particularly robust.

[0030] Mit Vorteil ist ein Vormaterial, Halbzeug oder Bauteil mit einer erfindungsgemäßen Magnesiumbasislegierung oder nach einem erfindungsgemäßen Verfahren erstellt. Entsprechend den vorstehenden Ausführungen, Merkmalen und Wirkungen der erfindungsgemäßen Magnesiumbasislegierung bzw. einer mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Magnesiumlegierung weist auch ein mit der Magnesiumbasislegierung gebildetes Vormaterial, Halbzeug oder Bauteil eine vorteilhaft große Festigkeit und große Dehnbarkeit auf. A starting material, semi-finished product or component with a magnesium-based alloy according to the invention or according to a method according to the invention is advantageously created. Corresponding to the above statements, features and effects of the magnesium-based alloy according to the invention or a magnesium alloy produced using a method according to the invention, a preliminary material, semi-finished product or component formed with the magnesium-based alloy also has an advantageously high strength and high ductility.

[0031] Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zei-[0031] Further features, advantages and effects result from the exemplary embodiments presented below. In the drawings to which reference is made,

gen: [0032] Fig. 1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Phasendiagramm für Mg-Al; [0032] FIG. 1 shows a phase diagram for Mg-Al known from the prior art;

[0033] Fig. 2 einen Vergleich einer erfindungsgemäßen Magnesiumbasislegierung mit einer üblichen AZ91-Legierung hinsichtlich derer Phasenanteile; [0033] FIG. 2 shows a comparison of a magnesium-based alloy according to the invention with a conventional AZ91 alloy with regard to their phase proportions;

[0034] Fig. 3 ein Mikrostrukturbild einer erfindungsgemäßen Magnesiumbasislegierung; 3 shows a microstructure image of a magnesium-based alloy according to the invention;

[0035] Fig. 4 eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme der Magnesiumbasislegierung der Fig. 3; Figure 4 is a scanning electron micrograph of the magnesium-based alloy of Figure 3;

[0036] Fig. 5 ein Spannungs-Dehnungsdiagramm zweier erfindungsgemäßer Magnesiumbasislegierungsproben im Vergleich mit einer üblichen AZ61-Legierungsprobe; 5 shows a stress-strain diagram of two magnesium-based alloy samples according to the invention in comparison with a conventional AZ61 alloy sample;

[0037] Fig. 6 ein Mikrostrukturbild der AZ61-Legierungsprobe der Fig. 5. FIG. 6 is a microstructure image of the AZ61 alloy sample of FIG. 5.

[0038] Fig. 1 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Phasendiagramm für eine Legierungszusammensetzung aus Mg und Aluminium, dargestellt bis zu einem Anteil von 60 Gew.-% Aluminium. Eine übliche aus dem Stand der Technik bekannte Legierung mit Mg-Al9% (in Gew.%) ist mit einer senkrechten, gestrichelten Linie im Phasendiagramm eingezeichnet. Bei einem Abkühlen der Mg-Al9%-Legierung ausgehend von einer flüssigen Phase L erstarrt zuerst ausschließlich eine Mischkristallphase a(Mg). Bei weiterer Abkühlung wird schließlich, wie aus dem Phasendiagramm ersichtlich, ein Eutektikum bzw. eine eutektische Phase, gebildet mit einer Mg17Al;2-Phase, ausgeschieden. Diese spröde intermetallische Mg:-7Alı2-Phase führt üblicherweise zu einer Erhöhung einer Festigkeit einer Mg-Al-Legierung, insbesondere auch der gezeigten Mg-Al9%-Legierung, reduziert jedoch gleichzeitig deren Dehnbarkeit. Je größer der Al-Anteil, umso größer ist ein Anteil der Mg:7Al;2-Phase, weshalb kommerzielle Magnesiumbasislegierungen in der Regel weniger als 10 Gew.-% Aluminium aufweisen. 1 shows a phase diagram known from the prior art for an alloy composition of Mg and aluminum, shown up to a proportion of 60% by weight of aluminum. A customary alloy with Mg — Al9% (in% by weight) known from the prior art is shown in the phase diagram with a vertical, dashed line. When the Mg-Al9% alloy is cooled starting from a liquid phase L, initially only a mixed crystal phase a (Mg) solidifies. With further cooling, as can be seen from the phase diagram, a eutectic or a eutectic phase, formed with a Mg17Al; 2 phase, is finally precipitated. This brittle intermetallic Mg: -7Alı2 phase usually leads to an increase in the strength of an Mg-Al alloy, in particular also of the Mg-Al9% alloy shown, but at the same time reduces its ductility. The greater the Al proportion, the greater the proportion of the Mg: 7Al; 2 phase, which is why commercial magnesium-based alloys generally contain less than 10% by weight of aluminum.

[0039] Im Rahmen einer Entwicklung der erfindungsgemäßen Magnesiumbasislegierung wurden Versuchsreihen mit unterschiedlichen Legierungszusammensetzungen von Magnesiumbasislegierungen durchgeführt. Zwei erfindungsgemäße Magnesiumbasislegierungen, bezeichnet als AEX11-1 und AEX11-2, dargestellt in Tabelle 1, werden im Folgenden präsentiert und mit bekannten Legierungen aus dem Stand der Technik verglichen. As part of a development of the magnesium-based alloy according to the invention, test series were carried out with different alloy compositions of magnesium-based alloys. Two magnesium-based alloys according to the invention, designated AEX11-1 and AEX11-2, shown in Table 1, are presented below and compared with known alloys from the prior art.

Tabelle 1: Zwei Legierungsbeispiele und deren Legierungszusammensetzung (in Gew.-%) Table 1: Two alloy examples and their alloy composition (in% by weight)

Beispiel |AI Zn Mischmetall |Ca Sr Mn AEX11-1 110,1-11,5 10,3 -0,6 12,5 -3,5 0,2 -0,44 10 0,15 -0,5 AEX11-2 110,1-11,5 10,3 -0,6 12,5 -3,5 0,2 -0,44 10,2-0,6 10,15 -0,5 Example | AI Zn mischmetal | Ca Sr Mn AEX11-1 110.1-11.5 10.3 -0.6 12.5 -3.5 0.2 -0.44 10 0.15 -0.5 AEX11- 2 110.1-11.5 10.3 -0.6 12.5 -3.5 0.2 -0.44 10.2-0.6 10.15 -0.5

[0040] Wie in Tabelle 1 ersichtlich wurde ein Al-Anteil sowohl der Legierung AEX11-1 als auch der Legierung AEX11-2 in einem Bereich etwas oberhalb von 10,0 Gew.-% gewählt, um vorteilhafte Wirkungen der beiden Legierungen im Vergleich zu üblichen Mg-Al- Legierungen aufzuzeigen, welche üblicherweise Al-Anteile von bis zu etwa 9,0 Gew.-% aufweisen. As can be seen in Table 1, an Al content of both the alloy AEX11-1 and the alloy AEX11-2 was selected in a range slightly above 10.0% by weight in order to have advantageous effects of the two alloys in comparison show common Mg-Al alloys, which usually have Al proportions of up to about 9.0% by weight.

[0041] Fig. 2 zeigt einen Vergleich der AEX11-1-Legierung mit der einer üblichen AZ91-Legierung, wobei unterschiedliche Phasenanteile der beiden Legierungen, welche mit der Simulationssoftware Thermocalc berechnet wurden, dargestellt sind. Phasenanteile der AEX11-1-Legierung sind dabei als durchgezogene Linien dargestellt, Phasenanteile der AZ91-Legierung als gestrichelte Linien. Dargestellt sind sowohl für die AEX11-1-Legierung als auch für die AZ91-Legierung die Anteile der flüssigen Phase L, der a(Mg) und der Mg:-7Al;2-Phase. Weiter dargestellt ist auBerdem eine Alı:RE3-Phase der Legierung AEX11-1. RE steht dabei als Abkürzung für Seltenerdmetalle. Fig. 2 stellt ersichtlich dar, dass die AEX11-1-Legierung im Vergleich zur AZ91-Legierung trotz eines höheren Al-Anteiles einen geringeren Anteil der Mg;7Al;2-Phase aufweist. Eine Bildungstemperatur der Mg:-Al:2-Phase liegt sowohl bei AEX11-1 als auch bei AZ91 zwischen 360 °C und 370 °C. Eine Bildungstemperatur der Alı:+REs-Phase der AEX11-1- Legierung liegt bei etwa 560 °C. Da die Bildungstemperatur der Alı::REs-Phase deutlich größer ist als die Bil-Fig. 2 shows a comparison of the AEX11-1 alloy with that of a conventional AZ91 alloy, with different phase proportions of the two alloys, which were calculated with the Thermocalc simulation software, are shown. Phase components of the AEX11-1 alloy are shown as solid lines, phase components of the AZ91 alloy as dashed lines. The proportions of the liquid phase L, the a (Mg) and the Mg: -7Al; 2 phase are shown for both the AEX11-1 alloy and the AZ91 alloy. An Alı: RE3 phase of the alloy AEX11-1 is also shown. RE stands as an abbreviation for rare earth metals. 2 clearly shows that the AEX11-1 alloy has a lower proportion of the Mg; 7Al; 2 phase compared to the AZ91 alloy, despite a higher Al proportion. A formation temperature of the Mg: -Al: 2 phase is between 360 ° C and 370 ° C for both AEX11-1 and AZ91. A formation temperature of the Alı: + REs phase of the AEX11-1 alloy is around 560 ° C. Since the formation temperature of the Alı :: REs phase is significantly higher than the formation

dungstemperatur der Mg:-Al:2-Phase, wird also bei einem Abkühlen einer Ausgangszusammensetzung der AEX11-1-Legierung ausgehend von der flüssigen Phase durch eine Bildung der Alı:RE3-Phase ein Al-Anteil gebunden, sodass bei einem Erreichen der Bildungstemperatur der Mg1-Al;2-Phase nur noch ein reduzierter Al-Anteil zur Bildung der Mg4-Al;2-Phase zur Verfügung steht. Die Al: :REs-Phase trägt zu einer großen Festigkeit der AEX11-1 Legierung bei, der reduzierte Anteil der Mg;7-Al;2-Phase führt zu einer großen Dehnbarkeit der AEX11-1-Legierung. Weitere Phasen der AEX11-1-Legierung, wie beispielsweise eine Al-Mn-Phase, sind in Fig. 2 nicht dargestellt, da diese im Vergleich zur Alı:RE3s-Phase vernachlässigbar kleine Anteile aufweisen. Die AEX11-2-Legierung zeigt ein zur AEX11-1-Legierung analoges Verhalten. temperature of the Mg: -Al: 2 phase, i.e. when an initial composition of the AEX11-1 alloy cools down from the liquid phase through the formation of the Alı: RE3 phase, an Al component is bound, so that when the formation temperature is reached In the Mg1-Al; 2 phase, only a reduced proportion of Al is available for the formation of the Mg4-Al; 2 phase. The Al:: REs phase contributes to the high strength of the AEX11-1 alloy, the reduced proportion of the Mg; 7-Al; 2 phase leads to a high ductility of the AEX11-1 alloy. Further phases of the AEX11-1 alloy, such as an Al-Mn phase, are not shown in FIG. 2, since these have negligibly small proportions compared to the Alı: RE3s phase. The AEX11-2 alloy shows a behavior analogous to the AEX11-1 alloy.

[0042] Die Legierungsproben für AEX11-1 und AEX11-2 wurden mit Schwerkraftguss zu Bolzen vergossen und mit einem Strangpressverfahren zu Drähten weiterverarbeitet. Aus den Drähten wurden schließlich mit einem Lichtbogenschweißverfahren per Wire-Arc-Additive- Manufacturing Probenteile aus der AEX11-1-Legierung bzw. der AEX11-2-Legierung gefertigt. The alloy samples for AEX11-1 and AEX11-2 were cast into bolts using gravity casting and processed into wires using an extrusion process. Finally, sample parts of the AEX11-1 alloy or the AEX11-2 alloy were manufactured from the wires using an arc welding process using wire-arc additive manufacturing.

[0043] Fig. 3 zeigt ein repräsentatives Mikrostrukturbild eines AEX11-1-Probenteiles. Ersichtlich ist ein relativ feines, homogenes Gefüge, welches nadelförmige Al-RE-Ausscheidungsphasen (in dunkelgrau) sowie Mg;-7Al;2-Ausscheidungsphasen (in hellgrau) zeigt. Weiter sind vereinzelt AlMn-Phasen (in dunkelgrau und blockförmig), ersichtlich. Vorteilhaft sind die gezeigten Phasen jeweils als nichtzusammenhängende Struktur, insbesondere als isolierte Inseln, ausgebildet, wodurch eine besonders ausgeprägte Festigkeit erreichbar ist. Die AEX11-2-Probenteile zeigen analoge Mikrostrukturbilder. 3 shows a representative microstructure image of an AEX11-1 sample part. A relatively fine, homogeneous structure can be seen, which shows needle-shaped Al-RE precipitation phases (in dark gray) and Mg; -7Al; 2 precipitation phases (in light gray). A few AlMn phases (dark gray and block-shaped) can also be seen. The phases shown are each advantageously designed as a non-contiguous structure, in particular as isolated islands, as a result of which a particularly pronounced strength can be achieved. The AEX11-2 sample parts show analog microstructure images.

[0044] Fig. 4 zeigt eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme der AEX11-1-Legierung. Gut ersichtlich sind nadelförmige Ausscheidungen der Al-RE-Phase (in hellgrau) sowie Ausscheidungen der Mg:-7Al:2-Phase (in dunkelgrau). 4 shows a scanning electron micrograph of the AEX11-1 alloy. Needle-shaped precipitations of the Al-RE phase (in light gray) and precipitations of the Mg: -7Al: 2 phase (in dark gray) are clearly visible.

[0045] Vorteilhaft ist die Mg:;7Al12-Phase bzw. die mit dieser gebildete eutektische Phase durch eine Wärmebehandlung auflösbar und im Bedarfsfall anschließend zur Festigkeitssteigerung wieder ausscheidbar. Advantageously, the Mg: 7Al12 phase or the eutectic phase formed with it can be dissolved by a heat treatment and, if necessary, then eliminated again to increase strength.

[0046] Fig. 5 zeigt ein Spannungs-Dehnungsdiagramm als Ergebnis von Dilatometer-Zugversuchen der Probenteile vor und nach einer Wärmebehandlung. Dargestellt sind Spannungs-Dehnungs-Kurven für ein AEX11-1-Probenteil vor dessen Wärmebehandlung, gekennzeichnet in Fig. 5 mit Bezugszeichen 1, und nach dessen Wärmebehandlung, gekennzeichnet mit Bezugszeichen 2, sowie Spannungs-Dehnungs-Kurven für ein AEX11-2-Probenteil vor dessen Wärmebehandlung, gekennzeichnet mit Bezugszeichen 3, und nach dessen Wärmebehandlung, gekennzeichnet mit Bezugszeichen 4. Als Vergleich ist zudem eine Spannungs-Dehnungs-Kurve, für eine übliche AZ61-Legierungprobe, gekennzeichnet in Fig. 5 mit Bezugszeichen 5, dargestellt, welche mit einem Verfahren entsprechend dem Herstellungsverfahren der beiden AEX11-Probenteile hergestellt ist. Ersichtlich ist, dass das AEX11-1-Probenteil und AEX11-2-Probenteil sehr hohe Streckgrenzen aufweisen, welche höher liegen als eine Streckgrenze der AZ61-Legierungsprobe. Dehnbarkeiten des AEX11-1-Probenteiles und AEX11-2-Probenteiles vor der Wärmebehandlung der Probenteile sind dabei niedriger als jene der AZ61-Legierungsprobe. Nach durchgeführter Wärmebehandlung weisen sowohl das AEX11-1-Probenteil als auch das AEX11-2-Probenteil große Festigkeiten und große Dehnbarkeiten auf. Eine Wärmebehandlung ermöglicht damit ein Einstellen von Festigkeit und Dehnbarkeit. Im Falle einer üblichen AZ61-Legierung führt eine Wärmebehandlung hingegen zu keiner Verbesserung von Festigkeit oder Dehnbarkeit. Dies ist bei Betrachtung eines Mikrostrukturbildes der AZ61-Legierungsprobe, dargestellt in Fig. 6, auch verständlich. Im Vergleich mit dem Mikrostrukturbild des AEX11-1-Probenteiles der Fig. 3 zeigt Fig. 6 wesentlich geringere Anteile von ausgeschiedene Phasen. Dies erklärt einerseits die große Dehnbarkeit der AZ61-Legierungsprobe und andererseits die fehlende Möglichkeit, eine Festigkeitssteigerung der AZ61-Legierung durch Wärmebehandlung zu erreichen. 5 shows a stress-strain diagram as a result of dilatometer tensile tests on the sample parts before and after a heat treatment. Shown are stress-strain curves for an AEX11-1 sample part before its heat treatment, marked in FIG. 5 with reference number 1, and after its heat treatment, marked with reference number 2, as well as stress-strain curves for an AEX11-2 sample part before its heat treatment, identified with reference number 3, and after its heat treatment, identified with reference number 4. As a comparison, a stress-strain curve is also shown for a conventional AZ61 alloy sample, identified in FIG. 5 with reference number 5, which is marked with a process corresponding to the manufacturing process of the two AEX11 sample parts is manufactured. It can be seen that the AEX11-1 sample part and AEX11-2 sample part have very high yield strengths, which are higher than a yield strength of the AZ61 alloy sample. The extensibility of the AEX11-1 sample part and AEX11-2 sample part before the heat treatment of the sample parts is lower than that of the AZ61 alloy sample. After the heat treatment has been carried out, both the AEX11-1 sample part and the AEX11-2 sample part show great strengths and great ductility. A heat treatment thus enables the strength and ductility to be adjusted. In the case of a conventional AZ61 alloy, on the other hand, heat treatment does not lead to any improvement in strength or ductility. This can also be understood by looking at a microstructure image of the AZ61 alloy sample shown in FIG. 6. In comparison with the microstructure image of the AEX11-1 sample part of FIG. 3, FIG. 6 shows significantly lower proportions of separated phases. This explains, on the one hand, the high ductility of the AZ61 alloy sample and, on the other hand, the inability to increase the strength of the AZ61 alloy through heat treatment.

[0047] Eine erfindungsgemäße Magnesiumbasislegierung weist damit vorteilhaft sowohl eine große Festigkeit als auch eine große Dehnbarkeit auf und bietet insbesondere die Möglichkeit, Festigkeit und Dehnbarkeit durch Wärmebehandlung einzustellen. A magnesium-based alloy according to the invention thus advantageously has both great strength and great ductility and, in particular, offers the possibility of adjusting strength and ductility by means of heat treatment.

Claims

1. Magnesium-based alloy, comprising (in% by weight) magnesium in a first proportion, more than 10.0% aluminum in a second proportion, a third proportion of one or more elements which form at least a first phase with aluminum, optionally more than 0.0 to 1.0% zinc, the remainder magnesium and production-related impurities, the magnesium-based alloy containing a Mg: 7Al: 2 phase and a formation temperature of the first phase being greater than a formation temperature of the Mg: 7Al; 2 phase.

2. Magnesium-based alloy according to claim 1, characterized in that the third portion forms the at least first phase with at least a portion of aluminum which exceeds 10% by weight of aluminum in the second portion.

3. Magnesium-based alloy according to claim 1 or 2, characterized in that the third component is formed with one or more elements selected from the group consisting of rare earth metals, scandium, calcium, strontium, barium, zirconium, manganese and / or lithium.

4. Magnesium-based alloy according to one of claims 1 to 3, characterized in that the third component forms several different first phases with aluminum, the formation temperatures of which are higher than the formation temperature of the Mg: 7Al: 2 phase.

5. Magnesium-based alloy according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first phase and / or the Mg-Al; 2 phase are each designed as a non-cohesive structure.

6. Magnesium-based alloy according to one of claims 1 to 5, characterized in that the third portion is formed with rare earth metals, preferably with a proportion of more than 0.0 to 4.0% by weight.

7. Magnesium-based alloy according to one of claims 1 to 6, characterized in that the third portion is formed with calcium, preferably in a proportion of more than 0.0 to 4.0% by weight.

8. Magnesium-based alloy according to one of claims 1 to 7, characterized in that the third portion is formed with misch metal.

9. A method for producing a magnesium-based alloy according to one of claims 1 to 8, wherein starting materials of the magnesium-based alloy are cooled starting from a liquid phase in order to form the first phase and then the Mg: 7Alı2 phase.

10. The method according to claim 9, characterized in that the starting materials are cooled at a cooling rate of more than 10 K / s, preferably more than 20 K / s.

11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that a heat treatment of the magnesium-based alloy is provided in order to set a proportion of the Mg: -Alı: 2 phase.

12. The method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that a die-casting process or arc welding, in particular wire-arc additive manufacturing, is used.

13. Use of a magnesium-based alloy according to one of claims 1 to 8 or obtainable by a method according to one of claims 9 to 12 for producing a starting material, semi-finished product or component.

In addition 3 sheets of drawings