<Desc/Clms Page number 1>
Alliages de magnésium et procédé de traitement thenni- que de ceux-ci.
Cette invention est relative aux alliages à base de magnésium. La mise au point des alliages à base de magnésium à fort pourcentage pour moulages a été déterminée principalement du fait que la seule méthode possible pour obtenir une struc- ture cristalline de moulage ayant des propriétés de résistance
<Desc/Clms Page number 2>
utilisables en technique à partir du magnésium consiste à y incorporer des éléments d'alliage ayant des propriétés de durcissement. Jusqu'à présent, l'aluminium et le zinc ont été presque exclusivement utilisés dans ce but.
Ces métaux, lors- qu'on les emploie dans les proportions usuelles de 4 à 10% pour l'aluminium avec a l'occasion jusqu'à 3% de zinc, exer- cent une action durcissante et affinante du grain sur le ma- gnésium qui, par lui-même; est mou et se solidifie avec une structure cristalline radiale grossière. Suivant leur compo- sition spéciale et la méthode de moulage employée, (sable, coquille, par injection), ces alliages de moulage connus a base demagnésium ont à l'état brut de moulage une résistance à la traction de 16 à 22 kg/mm2 avec un allongement de 3 à 12% et une limite d'élasticité de 8 à 16 kg/mm2. La résistan- ce au choc sur barreaux entaillés est de 0,5 kgm/cm2 (Werk-
EMI2.1
stoffhandbuch iiichteisenmetalle, 136 feuille Is) .
La tendance que ces alliages connus à base de ma- gnésium ont de former ce que l'on appelle des fissures de "micro-retassure't au cours de la solidification doit toute - fois être regardée comme un défaut. ces fissures de micro- retassure non seulement rendent les moulages perméables jus- qu' un certain point aux liquides ou gaz, mais dans certaines circonstances affectent également considérablement les bonnes propriétés mécaniques que l'on peut atteindre sur les moula- ges ayant une structure cristalline saine du fait de l'effet "d'entaille". cette tendance est spécialement marquée dans les parties des moulages se trouvant sous forte tension et qui doivent donc être épaissies d'une quantité correspondante.
La tendance qu'ont les alliages connus à former de telles fissures de micro-retassure semblent être liée à leur teneur relativement élevée en constituants d'alliage, ce qui produit un intervalle de solidification plus étendu que celui du ma-
<Desc/Clms Page number 3>
gnésium pur ou faiblement allié seulement. Des essais en vue de contrecarrer la formation de ces fissures de micro-retaa- sure ont jusqu'ici été confinés à l'emploi étendu de plaques.
.réfrigérantes et d'autres moyens pour refroidir rapidement les surfaces où la structure est soumise àce danger. Ces mesures sont toutefois coûteuses et fréquemment difficiles à régler en pratique.
En se rappelant les conditions, c'est à dire finesse de grain et faible intervalle de solidification, qui sont les principales causes de la formation de structures mou- lées de grande résistance et exemptes de micro-'retassure, on a fait des expériences systématiques en vue de trouver un ou des composants d'alliage qui produiraient un effet puissant de réduction du grain sur le magnésium, mène lorsqu'ils se- raient employés en proportions suffisamment faibles pour ne causer aucun élargissement appréciable de l'intervalle de so- lidification.
Comme résultat de ces expériences, on a trouvé que le zirconium est un métal qui remplit les conditions ci- dessus, en ce sens que, même lorsqu'on l'allie au magnésium en proportions d'environ 0,05 à 2%, il réduit la dimension du grain beaucoup plus que ne le font les plus fortes proportions d'aluminium et de zinc utilisées d'habitude jusqu'ici. De plus, lorsqu'on ajoute du zirconium au magnésium dans les proportions ci-dessus, l'intervalle de solidification des alliages résul- tant est toujours tellement faible que ces alliages se solidi- fientcsans formation appréciable de fissures de micro-retassure.
L'action réductrice du grain du zirconium sur le magnésium pur (résistance à la traction à l'état brut de moulage 9 à 13 kg./ mm2, allongement 5 à 6%) est tellement puissante qu'une addi- tion de 0,5% de zirconium donne à l'alliage résultant une ré- sistance à la traction de 18,5 kg/mm2 et une limite d'élastici-
<Desc/Clms Page number 4>
té de 7 kg/mm2, valeurs qui sont presque égales à celles des alliages de moulage utilisés jusqu'à présent.
De plus, l'allongement est accru jusqu'à 21 % et la résistance au choc sur barreaux entaillés jusqu'à 1,5 kg/ cm2, ces valeurs étant donc considérablement plus fortes que les valeurs correspondantes que donnent les alliages usuels de moulage.
Ces valeurs que possèdent les alliages binaires magnésium-zirconium peuvent être encore améliorées par ad- dition d'autres constituants d'alliage, on a toutefois re- marqué que tous les constituants pouvant s'allier au magné- sium ne conviennent pas dans ce but, mais qu'au contraire, la présence de certains de ces constituants d'alliage empê- che plus ou moins le zirconium d'exercer ses effets favora- bles. on a ,prouvé ainsi qu'on ne pouvait employer que les seuls éléments d'alliage qui sont incapables de se combiner avec le zirconium dissous dans le magnésium fondu pour former des composés à point de fusion élevé qui se séparent ou qui se combinent physiquement avec celui-ci pour former des constituants qui se déposent.
A ce point de vue par exemple les métaux cadmium et zinc sont des constituants d'alliage convenables, n peut aussi employer additicn nellement ou alternativement, avec le zinc et le cadmium, le cérium, l'ar- gent+ le thallium, le thorium, le cuivre, le glucinium, le bismuth, le plomb et/ou le calcium. D'autres métaux toutefois, par exemple, aluminium; silicium, étain, cobalt, nickel, an- timoine et manganèse, qui paraissent former avec le zirconium des composés intermétalliques à point de fusion élevé lors- qu'ils sont présents en même temps dans le magnésium fondu, ne conviennent pas.
De plus, en se rappelant l'objet de l'in- vention, la quantité dt'éléments d'alliage doit être suffi- sante pour causer un élargissement appréciable de l'interval- le de solidification des alliages binaires magnésium-zirconium
<Desc/Clms Page number 5>
sinon les avantages provenant de absence de fissures de micro-retassures disparaitront progressivement. Il en ré- sulte que la quantité des dits composés d'alliage ne doit pas excèder de beaucoup la quantité qui peut être présente en solution solide.
La résistance à la corrosion des alliages de mou- lage étant augmentée par un grain fin et une structure cris- talline compacte, les alliages conformes à la présente in- vention sont égaux au point de vue résistance à la corro- sion et en particulier résistance à la corrosion sous ten- sion aux meilleurs des alliages à base de magnésium connus jusqu'à présent, de sorte qu'on peut se dispenser de l'ad- dition de manganèse qui était considérée jusqu'à présent comme essentielle pour améliorer la résistance à la corro- sion mais,qui, dans ce cas, empêcherait le zirconium d'exer- cer ses bons effets.
Le grain fin qui se forme à la solidification des alliages magnésium-zirconium suivant la présente invention, persiste également après des refusions et des coulées ré- pétées des alliages. La formation de la structure à grain fin est pratiquement indépendante de la vitesse de coulée des alliages et se produit donc dans les moulages réalisés en moules permanents ainsi que dans des moules en sab le.
De même la finesse du grain ne dépend nullement du fait que le zirconium est introduit dans le magnésium pur ou dans un alliage de magnésium à condition que les constituants d'al- liage déjà présents dans le magnésium ne forment avec le zirconium aucun composé intermétallique ségrégeant.
Nous donnons ci-dessous des exemples typea d'alliages ternaires ou complexes pour moulages conformes à l'invention.
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
<tb> Limite
<tb>
EMI6.2
Résistance allongement d'élas-
EMI6.3
<tb> Alliage <SEP> à <SEP> la <SEP> trac-: <SEP> licite
<tb>
<tb> tion <SEP> kg/mm2
<tb>
EMI6.4
ks/mm2¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ avec 1% Zr, 5% Cd 2Q, 1 21,0 8,5 e,g avec 1;6 Zr, 5% cà 1 ;L Zn : 20,O 23,0 8,0 ttg avec 1% Zr, 2% C;d, 3% Zn 25,0 ,20 O :
12 û
Les propriétés désirables des alliages décrits ci- dessus, et en particulier leur excellente ductilité et leur té- nacité au choc sur barreaux entaillés, les rendent également convenables pour faire des pièces brutes. 'Un alliage binaire contenantjusqu'à 2%de zirconium donne après filage des valeurs de résistance égales à cellesdes alliages bruts de magnésium ordinaires contenant des quantités considérables d'aluminium et à l'occasion aussi du zinc tout en leur étant bien supérieur au point de vue ténacité. L'introduction d'autres constituants d'alliage permis, tels que le cadmium et (ou) le zinc, augmen- te la résistance des alliages bruts ou améliore le rapport en- tre la résistance à la traction et l'allongement.
Un autre point important est que les alliages bruts en particulier se distin- guent des alliages bruts connus du fait qu'ils conviennent bien à la soudure.
Les propriétés mécaniques que l'on peut obtenir avec les alliages bruts de magnésium connus sont à peu près les sui- vantes : Résistance à la traction : 28 à 37 kg/mm2 Limite d'élasticité : 20 à 28 kg/mm2 allongement : 7 à 16% réduction de section' : 9 à 30% (voyez "Werkstoffhandbuch Nicht- eisenmetalle" 1936, feuille K4,alliages AZM, AZ, 855 V 1).
A titre de comparais on, les alliages bruts types conformes à la présente invention donnent les valeurs suivantes :
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
<tb> Résistan-
<tb>
<tb> :ce <SEP> à <SEP> la <SEP> :Allonge-:Limite <SEP> Réduction
<tb>
<tb>
<tb> Alliage <SEP> :traction: <SEP> ment. <SEP> d'élas- <SEP> de <SEP> section:
<tb>
<tb>
<tb> kg/mm2 <SEP> :ticité <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> kg/mm2 <SEP> %
<tb>
EMI7.2
ivfg avec 1+% Zr. 9, 8 : 16,2 : 25, 8 : 34, Mg avec 1% Zr3 Zn,6 d: 3890 : la,5 : 34,0 4690
Nous avons de plus trouvé que les alliages confor- mes à la présente invention pouvaient être améliorés par trqi- tement thermique.
Les recherches métallographiques étendues ont montré que, dans le domaine riche en magnésium du système bi- naire magnésium-zirconium une quantité limitée de ziconium peut seule passer en solution solide dans le magnésium.
A des températures d'environ 600 , le magnésium ab- sorbe environ 1% de zirconium en solution solide, mais la solu- bilité du zirconium décroît considérablement lorsque la tempé- rautre baisse et n'est que très faible à la température ambian- . te.
Bien que ceci puisse amener à supposer que les propriétés de résistance mécanique des alliages binaires magnésium-zirco- nium puissent être améliorées par traitement thermique, c'est a dire par homogénéisation suivie de recuit, cette supposition n'a pas été vérifiée jusqu'à présent. on a toutefois déterminé que les propriétés de ré- sistance mécanique des alliages, et plus particulièrement des alliages binaires. magnésium-zirconium pouvaient être considé- rablement augmentées si ces alliages sont recuits en présence d'hydrogène à. des températures auxquelles il se produit une dif- fusion de l'hydrogène dans l'alliage.
Les températures nécessai- res à cela se trouvent dans la région d'environ 300 à 6000 et les propriétés améliorées des alliages paraisaent être dues au fait que l'hydrogène diffusant dans l'alliage se combine avec
<Desc/Clms Page number 8>
l'alliage , la dite phase hétérogène se séparant et durcis- sant l'alliage, tandis que la température reste inchangée du fait de la faible solubilité solide de la dite phase hé- térogène dans le métal de base.
On a de plus déterminé que dans les alliages qui, en plus de 2% environ de zirconium , contiennent du zinc et du cadmium (ensemble ou séparément) jusqu'à la limite de saturation pour la formation de solution solide entre ces deux derniers métaux, le traitement thermique améliore les propriétés de résistance mécanique de ces alliages, même sans présence d'hydrogène, la limite d'élasticité en particulier étant considérablement augmentée en certains cas. L'allon- gement diminue légèrement mais est encore suffisant pour sa- tisfaire aux conditions requises pour les alliages de moula- ge.
Le traitement thermique de tels alliages ternai- res ou multiples consiste à recuire des alliages moulés et solidifiés normalement (ou également trempés) à des tempéra- tures comprises entre150 et 4000 environ en-dessous de la ligne de séparation du zirconium. En règle générale, un traitement thermique préliminaire d'homogénéisation à des températures supérieures à la dite ligne de séparation n'est pas seulement inutile , mais si on l'effectue il amène gé- néralement à la formation d'une structure cristalline extrê- mement grossière. La diminution de propriétés mécaniques qui en résulte est si considérable qu'elle ne peut être contre - balancée par l'effet favorable du traitement thermique con- forme à la présente invention.
Les exemples suivants montrent l'influence du trai- tement thermique dans lair sur les propriétés mécaniques de divers alliages contenant du zirconium.
<Desc/Clms Page number 9>
le zirconium présent dans le magnésium sous forme d'une solution solide pour former de l'hydrure de zirconium qui parait .être difficilement soluble dans la matrice de ma- gnésium et a tendance à se séparer sous forme d'une divi- sion extrêmement fine amenant ainsi un durcissement de l'alliage.
Le tableau suivant montre comment les propriétés de résistance de divers alliages binaires magnésium-zirco- nium se modifient par traitement thermique dans une atmos- phère d'hydrogène.
EMI9.1
alliage l'empé-Durée :Résistance à la traction:Limite d'élaati- Allongement
EMI9.2
<tb> % <SEP> Zr <SEP> :rature: <SEP> du <SEP> : <SEP> kg/mm2 <SEP> cité <SEP> : <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> :.de <SEP> re-:recuit: <SEP> avant <SEP> après <SEP> kg/mm2 <SEP> avant <SEP> après
<tb>
<tb>
<tb> cuit <SEP> :heures: <SEP> traitement <SEP> avant <SEP> .après <SEP> : <SEP> traitement
<tb>
EMI9.3
: eiC :' : : traitement: :.
0,61 400 34 : 17,3 19,- 6,4 8,4 : 7,0 8,9
EMI9.4
<tb> 0,89 <SEP> : <SEP> 450 <SEP> : <SEP> 15 <SEP> 16,5 <SEP> 20,5 <SEP> : <SEP> 6,6 <SEP> 11,2 <SEP> 19,5 <SEP> 9,0
<tb> ::
<tb>
EMI9.5
p,78 4SO 15 : 15,0 18,0: : 8,2 8;4 7,0 6,1 5ça .... lv zizi : 500 : 8 : 16,8 17,9: 6,0 8,0: lu ,Ô 7,0 : : =---=;;:: 4':!---===- --= ======-----
Contrairement aux processus courants de durcisse- ment d'alliages:
dans lesquels une phase hétérogène déjà existante dans la structure de l'alliage est tout d'abord transformée en solution solide homogène dans les cristaux primaires et les dits constituants hétérogènes étant ensuite amenés à se séparer sous une forme finement divisée d'avec les cristaux, par traitement de recuit, ce qui amène un durcissement des alliages, la.présente invention donne une méthode fondamentalement nouvelle de traitement thermique des alliages.
Dans le cas présent, la phase hétérogène cau- sent le durcissement par séparation sous forme finement di- visée n'est produit qu'au cours du traitement thermique par la réaction entre un constituant de l'alliage présent en solution solide et une substance capable de diffuser dans
<Desc/Clms Page number 10>
EMI10.1
<tb> N <SEP> : <SEP> alliage <SEP> Réduit <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> trac-:Limite <SEP> d'élas+Allongement
<tb>
<tb>
<tb> :Temp., <SEP> Durée: <SEP> tion <SEP> :ticité <SEP> %
<tb>
<tb> : <SEP> C <SEP> h. <SEP> kg/mm2 <SEP> : <SEP> kg/mm2 <SEP> :avant <SEP> après
<tb>
<tb>
<tb> avant <SEP> après <SEP> :avant <SEP> après <SEP> traitement
<tb>
EMI10.2
: : : traitement : traitement :
(j e 7% Zx :2,C% ;in 1 250 15 19,8 2250 : 6,8 11,0 15,3 lu,2
EMI10.3
<tb> 2 <SEP> 0,7% <SEP> Zr
<tb>
<tb> 2,0% <SEP> Zn
<tb>
EMI10.4
:21 %, ud 250 15 . Si,5 24,9 9,4 14,2: 1258 9,2
EMI10.5
<tb> 3 <SEP> 0,7% <SEP> Zr
<tb>
EMI10.6
:2,0 Cd : 320 24 . 23,7 26,5 . 11,9 16,5: 12,8 8,6
EMI10.7
<tb> 4 <SEP> 0,7% <SEP> Zr <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb> 4,0% <SEP> Zn <SEP> : <SEP>
<tb>
EMI10.8
:2CPb d : 170 63 26,0 2'7ab : 15,4 192: Se 6 4,8
EMI10.9
R E 1/ ID N DIe A T ION s.
1.- un alliage à base de magnésium contenant entre environ 0,05 et environ 2% de zirconium en l'absence de constituants d'alliage pouvant former avec le zirconium des composés ca- pables de se ségréger à partir de l'alliage lorsqu'il est fondu.
<Desc / Clms Page number 1>
Magnesium alloys and method of thermal treatment thereof.
This invention relates to magnesium-based alloys. The development of high percentage magnesium base alloys for castings has been determined primarily because the only possible method of obtaining a crystalline casting structure with strength properties
<Desc / Clms Page number 2>
that can be used in the magnesium technique consists in incorporating therein alloying elements having hardening properties. Until now, aluminum and zinc have been used almost exclusively for this purpose.
These metals, when used in the usual proportions of 4 to 10% for aluminum with occasionally up to 3% zinc, exert a hardening and grain refining action on the material. gnesium which by itself; is soft and solidifies with a coarse radial crystal structure. Depending on their special composition and the molding method used (sand, shell, injection), these known magnesium-based molding alloys have, in the as-molded state, a tensile strength of 16 to 22 kg / mm2. with an elongation of 3 to 12% and a yield strength of 8 to 16 kg / mm2. The impact resistance on notched bars is 0.5 kgm / cm2 (Werk-
EMI2.1
stoffhandbuch iiichteisenmetalle, 136 sheet Is).
The tendency of these known magnesium-based alloys to form so-called "micro-shrinkage" cracks during solidification should, however, be regarded as a defect. shrinkage not only makes the moldings permeable to a certain extent to liquids or gases, but under certain circumstances also considerably affects the good mechanical properties which can be achieved in molds having a healthy crystal structure due to the This tendency is especially marked in those parts of the moldings which are under high tension and which therefore need to be thickened by a corresponding amount.
The tendency of known alloys to form such micro-shrinkage cracks appears to be related to their relatively high content of alloying constituents, which produces a larger solidification interval than that of ma-
<Desc / Clms Page number 3>
pure or low alloy gnesium only. Attempts to counteract the formation of these microrecracking cracks have heretofore been confined to the extensive use of plates.
.refrigerants and other means for rapidly cooling surfaces where the structure is subject to this hazard. However, these measures are expensive and often difficult to regulate in practice.
By remembering the conditions, that is to say fineness of grain and small interval of solidification, which are the main causes of the formation of molded structures of great resistance and free from micro-'restraint, systematic experiments have been made. with a view to finding one or more alloying component (s) which would produce a potent grain reducing effect on magnesium, leads when used in sufficiently small proportions not to cause any appreciable widening of the solidification interval .
As a result of these experiments, it was found that zirconium is a metal which fulfills the above conditions, in that even when alloyed with magnesium in proportions of about 0.05 to 2%, it reduces the grain size much more than the higher proportions of aluminum and zinc usually used heretofore do. In addition, when zirconium is added to the magnesium in the above proportions, the solidification range of the resulting alloys is always so small that these alloys solidify without appreciable formation of micro-shrinkage cracks.
The reducing action of the grain of zirconium on pure magnesium (tensile strength in the as-cast state 9 to 13 kg./ mm2, elongation 5 to 6%) is so powerful that an addition of 0, 5% zirconium gives the resulting alloy a tensile strength of 18.5 kg / mm2 and an elastic limit.
<Desc / Clms Page number 4>
tee of 7 kg / mm2, values which are almost equal to those of the casting alloys used so far.
In addition, the elongation is increased up to 21% and the impact resistance on notched bars up to 1.5 kg / cm2, these values being therefore considerably higher than the corresponding values given by the usual molding alloys.
These values possessed by binary magnesium-zirconium alloys can be further improved by adding other alloying constituents, however, it has been noted that not all constituents which can alloy with magnesium are suitable for this purpose. , but on the contrary, the presence of some of these alloying constituents more or less prevents the zirconium from exerting its favorable effects. it has thus been proven that only those alloying elements which are incapable of combining with the zirconium dissolved in molten magnesium can be employed to form high melting point compounds which separate or physically combine with this to form constituents which settle.
From this point of view, for example, the metals cadmium and zinc are suitable alloying constituents, one can also use additicnly or alternately, with zinc and cadmium, cerium, silver + thallium, thorium, copper, glucinium, bismuth, lead and / or calcium. Other metals, however, for example aluminum; Silicon, tin, cobalt, nickel, antimony and manganese, which appear to form high melting point intermetallic compounds with zirconium when present at the same time in molten magnesium, are not suitable.
Further, bearing in mind the object of the invention, the quantity of alloying elements should be sufficient to cause an appreciable widening of the solidification interval of the binary magnesium-zirconium alloys.
<Desc / Clms Page number 5>
otherwise the advantages resulting from the absence of micro-shrinkage cracks will gradually disappear. As a result, the amount of said alloying compounds should not greatly exceed the amount which may be present in solid solution.
As the corrosion resistance of the casting alloys is increased by a fine grain and a compact crystalline structure, the alloys according to the present invention are equal in corrosion resistance and in particular strength. corrosion under stress to the best of the magnesium-based alloys hitherto known, so that the addition of manganese which was heretofore considered essential to improve the strength can be dispensed with. corrosion but, which in this case would prevent the zirconium from exerting its good effects.
The fine grain which forms on solidification of the magnesium-zirconium alloys according to the present invention also persists after repeated reflowings and castings of the alloys. The formation of the fine-grained structure is practically independent of the casting rate of the alloys and therefore occurs in castings made in permanent molds as well as in sable molds.
Likewise, the fineness of the grain does not depend in any way on whether the zirconium is introduced into pure magnesium or into a magnesium alloy, provided that the alloying constituents already present in the magnesium do not form with the zirconium any segregating intermetallic compound. .
Typical examples of ternary or complex alloys for moldings in accordance with the invention are given below.
<Desc / Clms Page number 6>
EMI6.1
<tb> Limit
<tb>
EMI6.2
Elastic elongation resistance
EMI6.3
<tb> Alloy <SEP> to <SEP> the <SEP> trac-: <SEP> licit
<tb>
<tb> tion <SEP> kg / mm2
<tb>
EMI6.4
ks / mm2¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ with 1% Zr, 5% Cd 2Q, 1 21.0 8.5 e, g with 1; 6 Zr, 5% c to 1 ; L Zn: 20.0 O 23.0 8.0 ttg with 1% Zr, 2% C; d, 3% Zn 25.0, 20 O:
12 û
The desirable properties of the alloys described above, and in particular their excellent ductility and notched bar impact toughness, also make them suitable for making blanks. 'A binary alloy containing up to 2% zirconium gives after extrusion resistance values equal to those of ordinary magnesium alloys containing considerable amounts of aluminum and occasionally also zinc while being much higher than their set point. tenacity view. The introduction of other permitted alloying constituents, such as cadmium and / or zinc, increases the strength of unwrought alloys or improves the relationship between tensile strength and elongation.
Another important point is that crude alloys in particular differ from known crude alloys in that they are well suited for soldering.
The mechanical properties which can be obtained with the known crude magnesium alloys are approximately as follows: Tensile strength: 28 to 37 kg / mm2 Yield strength: 20 to 28 kg / mm2 elongation: 7 at 16% section reduction: 9 to 30% (see "Werkstoffhandbuch Nicht-eisenmetalle" 1936, sheet K4, alloys AZM, AZ, 855 V 1).
By way of comparison, the typical crude alloys in accordance with the present invention give the following values:
<Desc / Clms Page number 7>
EMI7.1
<tb> Resistan-
<tb>
<tb>: this <SEP> to <SEP> the <SEP>: Extension-: Limit <SEP> Reduction
<tb>
<tb>
<tb> Alloy <SEP>: traction: <SEP> ment. <SEP> of elas- <SEP> of <SEP> section:
<tb>
<tb>
<tb> kg / mm2 <SEP>: ticity <SEP>: <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> kg / mm2 <SEP>%
<tb>
EMI7.2
ivfg with 1 +% Zr. 9, 8: 16,2: 25, 8: 34, Mg with 1% Zr3 Zn, 6 d: 3890: la, 5: 34.0 4690
We have further found that the alloys according to the present invention can be improved by heat treatment.
Extensive metallographic research has shown that in the magnesium-rich area of the binary magnesium-zirconium system only a limited amount of ziconium can pass into solid solution in magnesium.
At temperatures of about 600, magnesium absorbs about 1% zirconium in solid solution, but the solubility of zirconium decreases considerably with lower temperature and is only very low at room temperature. you.
Although this may lead to suppose that the mechanical strength properties of binary magnesium-zirconium alloys can be improved by heat treatment, that is to say by homogenization followed by annealing, this assumption has not been verified until present. however, it has been determined that the mechanical strength properties of the alloys, and more particularly of the binary alloys. magnesium-zirconium could be considerably increased if these alloys are annealed in the presence of hydrogen. temperatures at which hydrogen diffusion occurs in the alloy.
The temperatures required for this are in the region of about 300 to 6000 and the improved properties of the alloys appear to be due to the fact that the hydrogen diffusing in the alloy combines with it.
<Desc / Clms Page number 8>
the alloy, said heterogeneous phase separating and hardening the alloy, while the temperature remains unchanged due to the low solid solubility of said heterogeneous phase in the base metal.
It was further determined that in alloys which, in addition to about 2% zirconium, contain zinc and cadmium (together or separately) up to the saturation limit for the formation of a solid solution between these latter two metals, the heat treatment improves the mechanical strength properties of these alloys, even without the presence of hydrogen, the elastic limit in particular being considerably increased in certain cases. The elongation decreases slightly but is still sufficient to meet the requirements for casting alloys.
The heat treatment of such ternary or multiple alloys involves annealing cast and normally solidified (or also quenched) alloys at temperatures between about 150 and 4000 below the zirconium separation line. As a general rule, a preliminary homogenization heat treatment at temperatures above said separation line is not only unnecessary, but if carried out it generally results in the formation of an extremely crystalline structure. rude. The resulting decrease in mechanical properties is so considerable that it cannot be counterbalanced by the favorable effect of the heat treatment according to the present invention.
The following examples show the influence of heat treatment in air on the mechanical properties of various alloys containing zirconium.
<Desc / Clms Page number 9>
zirconium present in magnesium as a solid solution to form zirconium hydride which appears to be sparingly soluble in the magnesium matrix and tends to separate as an extremely fine division thus causing hardening of the alloy.
The following table shows how the strength properties of various magnesium-zirconium binary alloys change by heat treatment in a hydrogen atmosphere.
EMI9.1
Alloy empé-Duration: Tensile strength: Elongation limit
EMI9.2
<tb>% <SEP> Zr <SEP>: erase: <SEP> of <SEP>: <SEP> kg / mm2 <SEP> quoted <SEP>: <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb>: .de <SEP> re: annealed: <SEP> before <SEP> after <SEP> kg / mm2 <SEP> before <SEP> after
<tb>
<tb>
<tb> cooked <SEP>: hours: <SEP> treatment <SEP> before <SEP>. after <SEP>: <SEP> treatment
<tb>
EMI9.3
: eiC: ':: processing::.
0.61 400 34: 17.3 19, - 6.4 8.4: 7.0 8.9
EMI9.4
<tb> 0.89 <SEP>: <SEP> 450 <SEP>: <SEP> 15 <SEP> 16.5 <SEP> 20.5 <SEP>: <SEP> 6.6 <SEP> 11.2 <SEP> 19.5 <SEP> 9.0
<tb> ::
<tb>
EMI9.5
p, 78 4SO 15: 15.0 18.0:: 8.2 8; 4 7.0 6.1 5ça .... lv zizi: 500: 8: 16.8 17.9: 6.0 8, 0: read, Ô 7,0:: = --- = ;; :: 4 ':! --- === - - = ====== -----
Unlike common alloy hardening processes:
in which a heterogeneous phase already existing in the structure of the alloy is first of all transformed into a homogeneous solid solution in the primary crystals and the said heterogeneous constituents then being made to separate in a finely divided form from the crystals, By annealing treatment, which results in hardening of the alloys, the present invention provides a fundamentally new method of heat treatment of alloys.
In the present case, the heterogeneous phase causing the hardening by separation into finely divided form is only produced during the heat treatment by the reaction between a constituent of the alloy present in solid solution and a substance capable. to broadcast in
<Desc / Clms Page number 10>
EMI10.1
<tb> N <SEP>: <SEP> alloy <SEP> Reduces <SEP> Resistance <SEP> to <SEP> the <SEP> trac-: Limit <SEP> of elast + Elongation
<tb>
<tb>
<tb>: Temp., <SEP> Duration: <SEP> tion <SEP>: ticity <SEP>%
<tb>
<tb>: <SEP> C <SEP> h. <SEP> kg / mm2 <SEP>: <SEP> kg / mm2 <SEP>: before <SEP> after
<tb>
<tb>
<tb> before <SEP> after <SEP>: before <SEP> after <SEP> processing
<tb>
EMI10.2
::: treatment: treatment:
(j e 7% Zx: 2, C%; in 1250 15 19.8 2250: 6.8 11.0 15.3 lu, 2
EMI10.3
<tb> 2 <SEP> 0.7% <SEP> Zr
<tb>
<tb> 2.0% <SEP> Zn
<tb>
EMI10.4
: 21%, ud 250 15. Si, 5 24.9 9.4 14.2: 1258 9.2
EMI10.5
<tb> 3 <SEP> 0.7% <SEP> Zr
<tb>
EMI10.6
: 2.0 Cd: 320 24. 23.7 26.5. 11.9 16.5: 12.8 8.6
EMI10.7
<tb> 4 <SEP> 0.7% <SEP> Zr <SEP>: <SEP>
<tb>
<tb> 4.0% <SEP> Zn <SEP>: <SEP>
<tb>
EMI10.8
: 2CPb d: 170 63 26.0 2'7ab: 15.4 192: Se 6 4.8
EMI10.9
R E 1 / ID N DIe A T ION s.
1.- a magnesium-based alloy containing between about 0.05 and about 2% zirconium in the absence of alloy constituents which can form with the zirconium compounds capable of segregating from the alloy when 'it is melted.