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"PerfëcCfennèmants aux "alliages"
L'invention concerne les alliages à base de magnésium, et a pour objet un nouvel alliage à. base de magnésium, contenant du lithium et de l'aluminium comme principaux métaux d'alliage. Plus particulièrement, l'invention consiste en un alliage à. base de magnésium, contenant de 1 à 12 % de lithium, et de 0,5 % à 12 % d'aluminium, le complément étant
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sensiblement en totalité du magnésium, caractérlsécpar des propriétés physiques exceptionnelles, qui se manifestent dans une large mesure par un faible poids spécifique, une forte ductilité, et une résistance à la traction satisfaisante.
Certains de ces alliages sont aussi susceptibles de subir un traitement thermique.
On a constaté que le sodium exerce une action nuisible accentuée sur les alliages à base de magnésium contenant du lithium, et que son élimination ou sa réduction aux limites ,
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inférieures acceptables font acquérir à l'alliage des pro- priétés supérieures.
Dans soun plus complète et choisie de pré- férence, l'invention consiste dans un alliage à base de acception @ magnésium, ayant la composition précitée, exempt ou à peu près exempt de sodium, ne contenant de préférence pas plus de 0,1 de sodium. Il peut contenir aussi les traces ordi- naires des autres éléments généralement associés avec le magnésium, le lithium et l'aluminium, à titre d'impuretés.
Les alliages binaires de magnésium et de lithium sont caractérisés par une ductilité satisfaisante, qui augmente avec le pourcentage en lithium. Mais cet avantage s'accom- pagne d'une diminution de la résistance à la traction. On a constaté que l'addition d'aluminium aux alliages binaires de magnésium et de lithium, exerce une action très efficace au point de vue de l'augmentation de la résistance de l'al- liage. En faisant varier la teneur en lithium et en alu- minium, on peut obtenir un grand nombre de combinaisons de la résistance à la traction et de la ductilité. Un minimum d'environ 0,5 % d'aluminium est nécessaire pour obtenir 1'augmentation voulue de la résistance à la traction, même si la teneur en lithium a sa valeur minimum.
On peut ajouter des quantités croissantes d'aluminium jusqu'à 12% environ, en particulier lorsque la teneur en lithium est voisine de sa valeur maximum, par exemple d'environ 10 %. Avec cette dernière combinaison, on obtient un alliage possédant une forte résistance et un degré de ductilité satisfaisant dans le cas où une forte résistance à la traction est plus avantageuse qu'une très grande ductilité.
Les alliages de magnésium, lithium et aluminium suivant l'invention possèdent de nombreuses caractéristiques impor- tantes. Leur ductilité est grande, leur module d'élasticité est élevé, et leurs propriétés de déformation à froid sont
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très satisfaisantes. Il est extrêmement remarquable que ces propriétés peu habituelles soient obtenues avec un alliage qui est plus léger même que le magnésium,,car son poids spécifique est voisin de 1,65. La limite élastique à la compression des alliages suivant l'invention est égale ou supérieure à leur limite élastique à la traction.
De plus, leurs propriétés de laminage à chaud et de refoulement sous pression sont excellentes, et plusieurs d'entre eux peuvent être laminés à froid dans une mesure de 60% après laminage à chaud, sans qu'il soit nécessaire de leur faire subir aucun autre traitement thermique.
Les nouveaux alliages conviennent non seulement à la fabrication de pièces de forge, mais encore à celle des pièces moulées. Les procèdes ordinaires de coulée en matrice, de coulée dans des moules permanents, ou de coulée en sable, peuvent être utilisés.
Les nouveaux alliages suivant l'invention peuvent être préparés par un procédé de fusion quelconque ordinaire, en prenant des précautions pour éviter de les souiller par une proportion excessive de sodium. Par exemple, on peut fondre le magnésium dans un creuset en fer à l'aide d'un flux appro- prié, et y ajouter ensuite 1'aluminium et le-lithium. Pour empêcher le lithium de s'oxyder d'une manière excessive pendant la formation de l'alliage, il convient de faire usage d'un dispositif maintenant le lithium léger au-dessous de la surface du métal fondu. On peut employer une coupelle renversée en acier perforé, telle qu'une coupelle de phos- phoration, ou un dispositif analogue convenant à cet effet.
La formation de l'alliage peut s'effectuer à une température d'environ 704 à 760 C. Après avoir agité vigoureusement le métal pour assurer son homogénéité, on le laisse reposer à une température suffisante pour le maintenir à l'état liquide, puis on le décante dans des moules. Une température'
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de coulée appropriée est voisine par exemple de 715 C L'alliage peut être coulé directemeht dans des moules permanents, sans qu'il soit nécessaire de prévoir une at- mosphère neutre ou réductrice. On peut surveiller la teneur en sodium en choisissant des matières premières d'une pureté appropriée, et en opérant l'affinage dans des condi- tions les empêchant de se souiller.
Pour éviter avec certitude la présence de quantités nuisibles de sodium, on prépare,de préférence, ces alliages de la manière décrite dans la demande de brevet déposée le 17 juin lote et intitulée: procédé de traitement des allia- ges de magnésium.
Suivant les indications de cette demande de brevet, on obtient des résultats satisfaisants avec un flux de composant d'une partie de fluorure de lithium et de trois parties de chlorure de lithium. Ce flux sert à réduire la teneur en sodium et en potassium de l'alliage. On peutausai traiter l'alliage en faisant barboter dans le bain un gaz tel que l'azote ou l'ammoniaque, pour diminuer la teneur en sodium.
Les tableaux suivants donnent des exemples de la composition des alliages suivant l'invention. Le tableau I indique les propriétés physiques des alliages refoulés à chaud sous pression, le tableau II indique les propriétés physiques des alliages refoulés à chaud sous pression, et les résultats donnés par un traitement thermique, qui consiste à chauffer les alliages à 315 0 pendant 8 heures, et à les tremper dans l'eau.
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Tableau 1
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<tb> Pourcentages <SEP> Allon- <SEP> Stric- <SEP> Limite <SEP> Résistan-
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Pourcen-cages gement tion élasti - ce à. la % fi que rupturez Nos Mg Zl¯¯A¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯.. - k' ---¯.-
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<tb>
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1 94,68 3,92 2 16,b 29,, 16,44 24,18
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<tb> 2 <SEP> 92,16 <SEP> 3,84 <SEP> 4 <SEP> 16,2 <SEP> 24,0 <SEP> 18,63 <SEP> 27,27
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> 88,32 <SEP> 3,68 <SEP> 8 <SEP> 4,2 <SEP> 7,8 <SEP> 22,49 <SEP> 29,66
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 98,00 <SEP> 1,00 <SEP> 1 <SEP> 15,0 <SEP> 28,9 <SEP> 13,07 <SEP> 21,02
<tb>
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5 97,00 ze0o 1 18ig 31,4 13,49 21,02
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<tb> 6 <SEP> 96,00 <SEP> 3,0 <SEP> 1 <SEP> 15,0 <SEP> 41,3 <SEP> 13,14 <SEP> 20,17
<tb>
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7 95,00 4a9o 1 19,0 37,e Il,37 19,61
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<tb> 8 <SEP> 93,00 <SEP> 1,
00 <SEP> 6 <SEP> 15,5 <SEP> 27,0 <SEP> 19,33 <SEP> 29,80
<tb>
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9 92, 00 2,0 e 21, 28, 4 le.,64,, 30,72
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<tb> 10 <SEP> 91,00 <SEP> 3,00 <SEP> 6 <SEP> 19,5 <SEP> 24,3 <SEP> 19,96 <SEP> 30,93
<tb> 11 <SEP> 83,7 <SEP> 10,3 <SEP> 6 <SEP> 20,0 <SEP> 31,8 <SEP> 21,09 <SEP> 25,66
<tb>
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12 92,SU 7ePO 0,6 2lpg 46,4 16,68 20,24
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<tb> 13 <SEP> 92,00 <SEP> 7,00 <SEP> 1 <SEP> 19,2 <SEP> 45,1 <SEP> 17,01 <SEP> 21,86
<tb> 14 <SEP> 81,6 <SEP> 8,4 <SEP> 10 <SEP> 2,0 <SEP> 2,5 <SEP> 24,04 <SEP> 28,40
<tb> 16 <SEP> 88,55 <SEP> 10,95 <SEP> 0,5 <SEP> 41,5 <SEP> 70,7 <SEP> 16,60 <SEP> 16,37
<tb> 16 <SEP> 90,17 <SEP> 9,33 <SEP> 0,5 <SEP> 37,2 <SEP> 64,3 <SEP> 13,63 <SEP> 17,78
<tb> 17 <SEP> 78,40 <SEP> 9,60 <SEP> 12 <SEP> 2,3 <SEP> 4,3 <SEP> 23,20 <SEP> 30,
66
<tb>
Tableau II
Dureté Rock- Briwell nell
E
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-------------------------------------------------------------la r88, 8 9,2 2 72 60 i 2 38,iD aQ 0 18,.98 22,98 b 84 fi5 3 fl 6 33,81 26,30 2a 88, 2 9,8 2 lb 83, 4 2440 b3 ,, 20, 96 34,,18 b 88 81, 6 3,tl 7rio 36,01 29,38 3a 8'7, 2 9,' 3 78 66,8 23 t 44-1t- 31,09 24,96
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<tb> b <SEP> 95 <SEP> 94,6 <SEP> 1,0 <SEP> 3,0 <SEP> 27,84
<tb>
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4a 88,1 10,9 1 68 56,b 4e 6'7pf)0 20,81 20,53 b 80 89, 2 2. a, 0 39 itio 31,44L 23,41 5a 8',2 10,8 2 74 62,3 26,p 55- 18,34 22,14 b 93 90,3. 2 6 20,88 26,64 6a 83,5 10,5 6 78 66,8 19w 26 20, 88 24,88
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<tb> b <SEP> 92 <SEP> 88,2 <SEP> 3,0 <SEP> 4,0 <SEP> 26,29 <SEP> 30,93
<tb>
@ l'état de refoulement sous pression
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b - solution traitée à 31500 pendant 8 heures.
Les nouveaux alliages sont particulièrement utiles lorsqu'il est important que le poids soit faible et la rigi- dité forte, et en général conviennent parfaitement aux applications dans lesquelles on a fait usage jusqu'à présent d'alliages à base de magnésium, mais encore à de nombreuses @ / applications, auxquelles les alliages antérieurs ne conve-
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/ autres naient pas à cause de leur résistance b. la traction trop faible, ou de leur ductilité nsuffisante En raison de
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leur grande ductilité et de leurs excellentes propriétés d'écrouissage à froid ces alliages conviennent également d'une manière particulière à la fabrication des rivets posés à froid et pièces analogues.
Résumé
Alliage à base de magnésium, caractérisé par les points suivants, séparément ou en combinaisons :
1) Il contient du lithium en proportion ne dépassant pas 12 % de l'aluminium en proportion ne dépassant pas 12 % le complément étant sensiblement en totalité du magnésium.
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"PerfëcCfennèmants aux" alloys "
The invention relates to magnesium-based alloys, and relates to a novel alloy. magnesium base, containing lithium and aluminum as the main alloy metals. More particularly, the invention consists of an alloy. magnesium base, containing 1 to 12% lithium, and 0.5% to 12% aluminum, the remainder being
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substantially all of magnesium, characterized by exceptional physical properties, manifested to a large extent in low specific weight, high ductility, and satisfactory tensile strength.
Some of these alloys are also susceptible to heat treatment.
It has been found that sodium exerts an accentuated harmful action on magnesium-based alloys containing lithium, and that its elimination or reduction to limits,
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acceptable inferior properties cause the alloy to acquire superior properties.
In a more complete and preferably selected form, the invention consists of an alloy based on magnesium, having the above composition, free or substantially free of sodium, preferably containing no more than 0.1 of. sodium. It can also contain ordinary traces of other elements generally associated with magnesium, lithium and aluminum, as impurities.
Binary alloys of magnesium and lithium are characterized by satisfactory ductility, which increases with the percentage of lithium. But with this advantage comes a reduction in tensile strength. It has been found that the addition of aluminum to the binary alloys of magnesium and lithium exerts a very effective action from the point of view of increasing the strength of the alloy. By varying the content of lithium and aluminum, a large number of combinations of tensile strength and ductility can be obtained. A minimum of about 0.5% aluminum is required to achieve the desired increase in tensile strength, even though the lithium content is at its minimum.
It is possible to add increasing amounts of aluminum up to approximately 12%, in particular when the lithium content is close to its maximum value, for example approximately 10%. With this latter combination, an alloy having a high strength and a satisfactory degree of ductility is obtained in the case where a high tensile strength is more advantageous than a very high ductility.
The alloys of magnesium, lithium and aluminum according to the invention have many important characteristics. Their ductility is great, their modulus of elasticity is high, and their cold deformation properties are
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very satisfying. It is extremely remarkable that these unusual properties are obtained with an alloy which is even lighter than magnesium, since its specific weight is close to 1.65. The elastic limit to compression of the alloys according to the invention is equal to or greater than their elastic limit to traction.
In addition, their hot-rolling and pressure-upsetting properties are excellent, and many of them can be cold-rolled up to 60% after hot-rolling, without the need to subject them to any. other heat treatment.
The new alloys are suitable not only for the manufacture of forging parts, but also for the manufacture of castings. The ordinary die casting, permanent mold casting, or sand casting processes can be used.
The new alloys according to the invention can be prepared by any ordinary melting process, taking precautions to avoid soiling them with an excessive proportion of sodium. For example, magnesium can be melted in an iron crucible using a suitable flux, and then aluminum and lithium are added thereto. To prevent lithium from oxidizing excessively during alloy formation, use should be made of a device holding the light lithium below the surface of the molten metal. A perforated steel inverted cup, such as a phosphor cup, or the like suitable for this purpose can be used.
The formation of the alloy can take place at a temperature of about 704 to 760 C. After vigorously stirring the metal to ensure its homogeneity, it is allowed to stand at a temperature sufficient to maintain it in the liquid state, then it is decanted in molds. A temperature '
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suitable casting is around, for example, 715 ° C. The alloy can be cast directly into permanent molds, without it being necessary to provide a neutral or reducing atmosphere. The sodium content can be monitored by selecting raw materials of an appropriate purity, and refining them under conditions which prevent them from soiling.
In order to avoid with certainty the presence of harmful amounts of sodium, these alloys are preferably prepared as described in the patent application filed June 17, Lot entitled: Process for Treatment of Magnesium Alloys.
As indicated in this patent application, satisfactory results are obtained with a component flux of one part lithium fluoride and three parts lithium chloride. This flux serves to reduce the sodium and potassium content of the alloy. The alloy can be treated by bubbling a gas such as nitrogen or ammonia in the bath to reduce the sodium content.
The following tables give examples of the composition of the alloys according to the invention. Table I indicates the physical properties of alloys hot pressed under pressure, Table II indicates the physical properties of alloys hot pressed under pressure, and the results given by a heat treatment, which consists in heating the alloys to 315 0 for 8 hours, and soak them in water.
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Table 1
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<tb> Percentages <SEP> Allon- <SEP> Stric- <SEP> Limit <SEP> Resistance-
<tb>
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Elasti - cated gement cages to. the% fi which ruptures Nos Mg Zl¯¯A¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ .. - k '--- ¯.-
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1 94.68 3.92 2 16, b 29 ,, 16.44 24.18
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<tb> 2 <SEP> 92.16 <SEP> 3.84 <SEP> 4 <SEP> 16.2 <SEP> 24.0 <SEP> 18.63 <SEP> 27.27
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> 88.32 <SEP> 3.68 <SEP> 8 <SEP> 4.2 <SEP> 7.8 <SEP> 22.49 <SEP> 29.66
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<tb>
<tb> 4 <SEP> 98.00 <SEP> 1.00 <SEP> 1 <SEP> 15.0 <SEP> 28.9 <SEP> 13.07 <SEP> 21.02
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5 97.00 ze0o 1 18ig 31.4 13.49 21.02
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<tb> 6 <SEP> 96.00 <SEP> 3.0 <SEP> 1 <SEP> 15.0 <SEP> 41.3 <SEP> 13.14 <SEP> 20.17
<tb>
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7 95.00 4a9o 1 19.0 37, e Il, 37 19.61
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<tb> 8 <SEP> 93.00 <SEP> 1,
00 <SEP> 6 <SEP> 15.5 <SEP> 27.0 <SEP> 19.33 <SEP> 29.80
<tb>
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9 92, 00 2.0 e 21, 28, 4 le., 64 ,, 30.72
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<tb> 10 <SEP> 91.00 <SEP> 3.00 <SEP> 6 <SEP> 19.5 <SEP> 24.3 <SEP> 19.96 <SEP> 30.93
<tb> 11 <SEP> 83.7 <SEP> 10.3 <SEP> 6 <SEP> 20.0 <SEP> 31.8 <SEP> 21.09 <SEP> 25.66
<tb>
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12 92, SU 7ePO 0.6 2lpg 46.4 16.68 20.24
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<tb> 13 <SEP> 92.00 <SEP> 7.00 <SEP> 1 <SEP> 19.2 <SEP> 45.1 <SEP> 17.01 <SEP> 21.86
<tb> 14 <SEP> 81.6 <SEP> 8.4 <SEP> 10 <SEP> 2.0 <SEP> 2.5 <SEP> 24.04 <SEP> 28.40
<tb> 16 <SEP> 88.55 <SEP> 10.95 <SEP> 0.5 <SEP> 41.5 <SEP> 70.7 <SEP> 16.60 <SEP> 16.37
<tb> 16 <SEP> 90.17 <SEP> 9.33 <SEP> 0.5 <SEP> 37.2 <SEP> 64.3 <SEP> 13.63 <SEP> 17.78
<tb> 17 <SEP> 78.40 <SEP> 9.60 <SEP> 12 <SEP> 2.3 <SEP> 4.3 <SEP> 23.20 <SEP> 30,
66
<tb>
Table II
Hardness Rock- Briwell nell
E
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-------------------------------------------------- ----------- la r88, 8 9.2 2 72 60 i 2 38, iD aQ 0 18, .98 22.98 b 84 fi5 3 fl 6 33.81 26.30 2a 88, 2 9.8 2 lb 83, 4 2440 b3 ,, 20, 96 34,, 18 b 88 81, 6 3, tl 7rio 36.01 29.38 3a 8'7, 2 9, '3 78 66.8 23 t 44-1t- 31.09 24.96
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<tb> b <SEP> 95 <SEP> 94.6 <SEP> 1.0 <SEP> 3.0 <SEP> 27.84
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4a 88.1 10.9 1 68 56, b 4th 6'7pf) 0 20.81 20.53 b 80 89, 2 2.a, 0 39 itio 31.44L 23.41 5a 8 ', 2 10.8 2 74 62.3 26, p 55-18.34 22.14 b 93 90.3. 2 6 20.88 26.64 6a 83.5 10.5 6 78 66.8 19w 26 20, 88 24.88
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<tb> b <SEP> 92 <SEP> 88.2 <SEP> 3.0 <SEP> 4.0 <SEP> 26.29 <SEP> 30.93
<tb>
@ the discharge state under pressure
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b - solution treated at 31500 for 8 hours.
The new alloys are particularly useful where it is important to have low weight and high rigidity, and in general are well suited for applications in which magnesium-based alloys have heretofore been used, but also for many applications, for which previous alloys do not suit
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/ others are not born because of their resistance b. traction too low, or their ductility insufficient Due to
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their high ductility and their excellent cold hardening properties, these alloys are also particularly suitable for the manufacture of cold set rivets and similar parts.
summary
Magnesium-based alloy, characterized by the following, separately or in combinations:
1) It contains lithium in a proportion not exceeding 12% of aluminum in a proportion not exceeding 12%, the remainder being substantially all of magnesium.
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