magnesiumlogierung. <B>-</B> Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Magn-esiumle"gierung mit überwie- gendem Magnesiumgehalt.
Die Entwicklung der hochprozentigen -4a,gnesium,o-asslegierungen wurde in erster Linie durch den Umstand bestimmt, dass die einzige Möglichkeit zur Erzielung eines kristallinisehen Gussgefüges von technisch brauchbaren Festigkeitseigenschaften bei Magnesium in dem Hinzuleg#eren. von Le gierungskomponenten mit härtend -wirkenden Eigenschaften bestand. Bis heute wurden für diesen Zweck fast ausschliesslich Aluminium und Zink verwendet.
Diese Metalle üben, bei Anwendung in den gebräuchlichen Men genverhältnissen von 4-10% Aluminium, gegebenenfalls zusammen mit bis zu 3% Zink, eine härtende und ko-rnverkleinernde Wirkung auf das Magnesium. aus, das an sieh weich ist und nach dem Erstarren eine grob kristaHinische, radialstrahlige Struktur aufweist.
Je nach ihrer besonderen Zusammen setzung und<B>je.</B> naab. der Art des, angewand ten Giessverfahrens (Sand-, Kokillen- oder Spritzguss) weisen diese bekannten Magne- siumgusslegierungen im unvergüteten Zustand eine Zugfestigkeit von 16-22 kg/mm# auf, bei einer Dehnung von<B>3-1,2 %,</B> einer Streck grenze von<B>8-12</B> kg/mm# und einer Kerb,- zähigkeit von<B>0,
5</B> mkg/#em' ("Werkstoffhand- buch Nichkisenmeta,1,le" <B>1936,</B> Blatt K,).
Ein Nachteil dieser bekannten Magne- siumlegierungen ist aber darin zu erblicken, dass sie während der Erstarrung zur Bildung sogenannter Mkrolunker, das heisst feiner Haarrisse im Gefüge, neigen.
Diese Mikro- lunker machen die Gussstücke, nicht nur 'bis zu einem gewissen Grad durchlässig für Flüssigkeiten oder Gase, sondern sie beein trächtigen auch unter gewissen Umständen, infolge ihrer Kerbwirkung, wesentlich die guten mechanischen Eigenschaften, die an sich bei gesundem Gefüge deT Gussstücke er- reichbar sind. Dieser Nachteil macht sieh besonders an hochbea.nspruchten Stellen der GussstüeL-e bemerkbar, die entsprechend ver stärkt -werden müssen.
Die Neigung der be kannten Gusslegierungen, solche Mikrolunlier <B>zu</B> bilden, scheint mit ihrem verhältnismässig hohen Gehalt an Legierungsbildnern zusam menzuhängen, der im Vergleich zu reinem oder niedrio, leciertem Magnüsium züi einem grossen Erstarrungsintervall führt.
Die bis herigen Versuche, der Bildung solcher 3likro- lunker entgegenzuwirken, beschränkten sieh auf eine ausgedehnte Verwendung von soge- nannten Abschreckplaften und andern 31a.ss- nahmen zur raschen Abkühlung der gefähr deten Gefügebereiehe. Solehe lUassnahmen sind jedoch teuer und in der Praxis häufig schwierig zu beherrschen.
In Erkenntnis der Bedingungen, die f vir die Bildung eines mikrolunkerfreien Guss- ,crefüges von hoher Feistigkeit massgebend <B>D</B> sind, nämlich Feinkörnigkeit und kleines Erstari#uiio-.sintervall. wurden systematisch Versuche durchgeführt die zur Auffindung von Legierungsbildnern dienen sollten, wel- ehe auf Nagnesium eine stark kornver feinernde Wirkung ausüben, und zwar auch dann, wenn sie in Mengenverhältnissen an gewendet würden,
die zur Erzielung einer erheblichen -#'erbreiterun", des Erstariuncs- intervalles; nicht ausreichend sind.
Eine viel stärkere Kornverfeinerung als ,durch den Zusatz der bisher üblichen orösseren Mengen an Aluminium und Zink zu sium wird durch Zulegierung von Zirkon in tn en -Mengen von<B>0,05</B> bis --)iwo erzielt.
Bei Zu satz von Zirkon zum Magonesium in den vor- .erwähnten Mengenvierhältnissen ist ausserdem das Erstarrungosintervall der erhaltenen L#e- gierung noch so klein, dass eine solche Le gierung ohne wah-rnehinba.re Mikrolunker- bildung erstarrt.
Die kornverfeinernde Wir kung des Zirkoniums auf reines 311,agnesium (im Gusszustand <B>:</B> Zugfestigkeit<B>9</B> bis <B>13</B> kg/MM2, Dehnung 5-6/o") igt #so stark, <B><I>kn</I></B> dass schon ein Zusatz von 0,5% Zi-rkon der Legierun- eine Zugfestigkeit von<B>18,5</B> k,0;
/MM2 n<B>en C</B> und eine Streckgrenze von<B>7</B> k,-/mm' verleiht, welehe Werfe iiitliezit denen der bisher ge brauchten Gusslegierungen gleichkommen. en, Ausserdem wird die N.linung auf 21?o' und die lZerbAbigkeit auf<B>1,5</B> Mkg/CM2 n erhöht.
Diesse Werte sind also wesentlich böher als die entsprechenden Werte der gebräuchlichen Die Werte, die schon mit der binären erreicht wer den, köniien aber dureh Zitsatz anderer Le- ,gierungsbildner nocli erhöht werden.
Es hat sieh dabei aber gezeigt, dass durchaus nicht alle der für 31agnesium möglichen Legie rungsbildner für den vorliegenden Zweck brauchbar sind. sondern dass im Gegenteil die Anwesenheit verschiedener solcher Legie rungsbildner das Zirkon mehr oder weniger an der Au#sübung seiner günstigen Wirkun gen bindürt. Es wurde nämlich gefunden, dass solche Le-ierungsbildner nicht zulässig sind, die mit dem Zirkon zu ausseigernden Legierungsbestandteilen zusammentreten.
In dieser ITinsieht eignen sieh als Legierungs bildner züm Beispiel die Metalle Cadmium und Zink. Zusätzlich oder statt dieser kön nen foloende Metalle verwendet werden: Cer, Silber. Thallium, Thorium, Kupfer, Beryllium, Wismut, Blei und/oder Caleium. Andere Metalle dagegen, wie z. B. Alumi- n1111n# s11i7,ii-iin, Zinn, Kobalt.
Nickel, Anti mon und Manggan, die bei gleichzeitiger Ge- , -en- %virl im -eselimo17enen Magnesium an- seheinend lioeliselimelzende Legierungsbe standteile bilden.,sind nicht geeignet.
Ausser dem soll aber vorztitrsweise, wie schon er wähnt. die Menge der Legierungsbildner en nicht hinreichen, um eine me#rkbare Ver- ,1.rösserung des Ersfiirrungsintervalles der bi nären 31#i"iiesitizri-Zii-Izonlegieruiio- zu bewir- C in ken, da sonest der Vorteil der Mikrolunker- freibeit der Legierung fortschreitend verlo ren gehen würde.
Daraus folgt, dass die Menge der genannten Legierungsbildner vor- il el zugsweise diejenige Menge, die in fester Lö- n el sung aufgenommen werden kann, nicht über- zn sehreiten sollte.
Die vorliegende Erfindung betrifft also eine Magnesiumlegierung mit überwiegendtm eD tD ZD H <B>2</B> agnesiumgehalt, die dadurch gekennzeich- net ist, dass sie<B>0,05-2%</B> Zirkon und noch mindestens ein Legierunggselement enthält, das mit dem Zirkon nicht zu ausseigernden Legierungsbestandteilen zusammentritt.
Da die Korrosionsbeständigkeit von Guss- legierungen durch ein feinkörniges und dichtes Gefüge begünstigt wird, so ist die erfindungsgemässe Legierung bezügliell Kür- rosionsbeständigkeit und besonders im Hin blick auf Spannungskürrosionsfestigkeit, den besten bisher bekannten Legierungen auf Magnessiumbasis gleichwertig.
Der Zusatz von Mangan, #dassonst als notwendig für die Verbesserung der Karrosio-nsfestigkeit auge- s#elien wurde, erübrigtsich., er würde im vor liegenden Fa,11 das Zirkon zudem noch hin- d-ern, seine günstigen Wirkungen auszuüben.
Das feine Korn, das sich bei der Erstar rung der erfindungsgemässen Legierung bil det, bleibt auch nach wiederholtem Ein schmelzen und Umgiessen der Legierung er halten. Die Bildung des feinkörnigen Ge <I>füges.</I> ist praktisch unabhängig von der<B>Ab-</B> kühlungsgeschwindigkeit der gegossenen Le gierung; sie tritt also sowohl beim Kokillen- guss als auell beim Sandguss ein.
Im folgenden werdeneinige Beispiele von geeigneten ternären bezw. quaternären Guss- legierungen genannt.
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Zugfestigkeit <SEP> Dehnung <SEP> Streckgrenze
<tb> Legierung <SEP> kg/mm' <SEP> kg/mM2
<tb> Magnesium <SEP> mit <SEP> <B>1 <SEP> %</B> <SEP> Zr <SEP> und <SEP> <B>5 <SEP> % <SEP> Cd</B> <SEP> 20,1 <SEP> 21 <SEP> <B>8,5</B>
<tb> Magnesium <SEP> mit <SEP> <B>1 <SEP> %</B> <SEP> Zr, <SEP> <B>5 <SEP> % <SEP> Cd, <SEP> 1 <SEP> %</B> <SEP> Zn.
<SEP> 20,0 <SEP> <B>23,0 <SEP> 8,0</B>
<tb> Magnesium <SEP> mit <SEP> <B>1 <SEP> %</B> <SEP> Zr, <SEP> 2 <SEP> <B>% <SEP> Cd, <SEP> 3 <SEP> %</B> <SEP> Zu <SEP> <B>25,0</B> <SEP> 20,0 <SEP> 12,0 Die guten Eigenschaften der vorbBs,ohrie- benen Legierungen, insbesondere ihre her vorragende Dehnbarkeit und Kerbzähigkeit, mat'hen,sie auch für die Verarbeitting zu ver- kneteten Erzeugnissen geeignet.
Zwax zeigt schon eine binäxe, Legierung, die etwa 2<B>%</B> Zirkon enthält, nach der Yergütung Festig keitswerte, die denjenigen der gebräuchlichen verkneteten Magnesiumlegierungen, die er hebliche Mengen Aluminium und gegebenen falls auch Zink enthalten, gleichkommen, während sie hinsichtlich Uhigkeit diesen ge- hräuchlichen Legierungen wesentlich über legen Ist. Bei den Legierungen gemäss Er findung, z.
B. solchen, die Cadmium oder Zink enthalten, wird sowohl die Festigkeit der verkneteten Legierungen erhöht als auch das VerhäHnis zwischen Zugfestigkeit und Dehnung verbessert. Von Wichtigkeit ist noch der Umstand, dass insbesondere die ver- kneteten Legierungen sich vor den bekannten verkneteten Legierungen durch ihre Schweiss- ba,rkeit auszeichnen.
Die mit den bekannten verkneteten Mag- nesium-Legierungen erzielbaren mechanischen Eigenscha,ften Sind etwa folgende:
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Zugfestigkeit <SEP> <B>= <SEP> 28-37</B> <SEP> kg/mm#
<tb> Streckgrenze <SEP> <B>= <SEP> 20-28</B> <SEP> kg/mm#
<tb> Dehnung <SEP> <B>= <SEP> 7-16 <SEP> %</B>
<tb> Kontraktion <SEP> <B>= <SEP> 9-30%</B> (Siehe "Werksto#ffhandbuoli Nieliteisenme- ta,U,e" <B>1936,</B> Blatt K" Legierungen<B>A.</B> Z. M., <B>A.</B> Z.<B>855,</B> V<B>1).</B>
Eine verknetete Legierung der Zusam mensetzung:
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<B>l%</B> <SEP> Zr
<tb> <B>3%</B> <SEP> Zn
<tb> 2% <SEP> <B>Cd</B>
<tb> Rest <SEP> Magnesium weist eine Zugfestigkeit von<B>38,0</B> kg/TnTn', eine Streckgrenze von 34,0 kg/n#m#, eine Dehnung von<B>192,5%</B> und eine Kontraktion von 46,0% auf.
magnesium lodging. <B> - </B> The present invention relates to a magnetic alloy with a predominant magnesium content.
The development of high-percentage -4a, magnesium, o-ass alloys was primarily determined by the fact that the only way to achieve a crystalline cast structure with technically useful strength properties was to add magnesium. of alloy components with hardening properties. To date, aluminum and zinc have been used almost exclusively for this purpose.
When used in the usual proportions of 4-10% aluminum, optionally together with up to 3% zinc, these metals have a hardening and grain-reducing effect on the magnesium. which is soft to look at and, after solidification, has a coarsely crystalline, radial radial structure.
Depending on their particular composition and <B> depending. </B> naab. the type of casting process used (sand, chill or injection molding), these known magnesium casting alloys have a tensile strength of 16-22 kg / mm # in the non-tempered state, with an elongation of <B> 3-1.2% , </B> a yield point of <B> 8-12 </B> kg / mm # and a notch, toughness of <B> 0,
5 </B> mkg / # em '("Material handbook Nichkisenmeta, 1, le" <B> 1936, </B> sheet K,).
A disadvantage of these known magnesium alloys, however, is that they tend to form so-called pinholes, that is, fine hairline cracks in the structure, during solidification.
These micro-cavities make the castings 'not only' permeable to a certain degree for liquids or gases, but also, under certain circumstances, as a result of their notch effect, significantly impair the good mechanical properties that are inherent in the castings with a healthy structure - are accessible. This disadvantage is particularly noticeable at highly stressed areas of the castings, which have to be reinforced accordingly.
The tendency of the known casting alloys to form such microlunlier appears to be related to their relatively high content of alloying agents, which leads to a large solidification interval compared to pure or low-leached magnesium.
The previous attempts to counteract the formation of such micro-cavities have been limited to the extensive use of so-called quenching plasters and other measures for rapid cooling of the endangered microstructural areas. Sole marriages, however, are expensive and often difficult to master in practice.
In recognition of the conditions that are decisive for the formation of a micro-void-free cast, crefüge of high rigidity, namely fine-grain size and small solidification interval. Systematic tests were carried out to find alloy formers that had a strong grain-refining effect on nagnesium, even if they were used in proportions,
which are not sufficient to achieve a considerable increase in the solidification interval.
A much greater grain refinement than by adding the previously customary larger amounts of aluminum and zinc to sium is achieved by adding zirconium in tn en amounts of <B> 0.05 </B> to -) iwo.
When zirconium is added to the magnesium in the four proportions mentioned above, the solidification interval of the alloy obtained is also still so small that such an alloy solidifies without the formation of micro-pits.
The grain-refining effect of zirconium on pure 311 magnesium (in the as-cast state <B>: </B> tensile strength <B> 9 </B> to <B> 13 </B> kg / MM2, elongation 5-6 / o ") igt #so strong, <B><I>kn</I> </B> that an addition of 0.5% Zi-rkon to the alloy - a tensile strength of <B> 18.5 </B> k, 0;
/ MM2 n <B> en C </B> and a yield point of <B> 7 </B> k, - / mm ', which are equivalent to those of the cast alloys used up to now. In addition, the line curve is increased to 21? o 'and the distortion rate to <B> 1.5 </B> Mkg / CM2 n.
These values are therefore considerably higher than the corresponding values of the usual ones. The values that are already achieved with the binary can, however, be increased by quoting other alloy formers.
It has shown, however, that by no means all of the alloying agents possible for magnesium are usable for the present purpose. On the contrary, the presence of various such alloying agents more or less binds the zircon to the exercise of its beneficial effects. It has been found that alloy formers which come together with the zircon to form alloy components that are segregated are not permitted.
In this regard, the metals cadmium and zinc are suitable as alloy formers, for example. In addition to or instead of these, the following metals can be used: cerium, silver. Thallium, thorium, copper, beryllium, bismuth, lead and / or caleium. Other metals, however, such as. B. Alumi- n1111n # s11i7, ii-iin, tin, cobalt.
Nickel, antimony and manganese, which, with simultaneous Ge, -en-% virl in -eselimo17enen magnesium, form what appears to be lioeliselim-melting alloy components, are not suitable.
Besides that, however, as he already mentioned, it should be done early. the amount of alloying agents is not sufficient to bring about a noticeable increase in the error-free interval of the binary 31 Iz Iz leg Alloy would be progressively lost.
It follows from this that the amount of the alloying agents mentioned should preferably not exceed the amount that can be absorbed in solid solution.
The present invention thus relates to a magnesium alloy with predominantly tm eD tD ZD H <B> 2 </B> magnesium content, which is characterized in that it contains <B> 0.05-2% </B> zirconium and at least one more Contains alloy element that comes together with the zirconium alloy components that are not to be segregated.
Since the corrosion resistance of cast alloys is favored by a fine-grained and dense structure, the alloy according to the invention is equivalent to the best previously known magnesium-based alloys with regard to resistance to corrosion and particularly with regard to resistance to stress corrosion.
The addition of manganese, which would otherwise be seen as necessary for improving the corrosion resistance, is superfluous. In the present case, it would also prevent zircon from exerting its beneficial effects.
The fine grain that forms during the solidification of the alloy according to the invention remains even after repeated melting and pouring of the alloy. The formation of the fine-grain structure. </I> is practically independent of the <B> cooling </B> speed of the cast alloy; it therefore occurs both in chill casting and also in sand casting.
In the following some examples of suitable ternary respectively. called quaternary casting alloys.
EMI0003.0039
Tensile strength <SEP> elongation <SEP> yield point
<tb> alloy <SEP> kg / mm '<SEP> kg / mM2
<tb> Magnesium <SEP> with <SEP> <B> 1 <SEP>% </B> <SEP> Zr <SEP> and <SEP> <B> 5 <SEP>% <SEP> Cd </B> <SEP> 20.1 <SEP> 21 <SEP> <B> 8.5 </B>
<tb> Magnesium <SEP> with <SEP> <B> 1 <SEP>% </B> <SEP> Zr, <SEP> <B> 5 <SEP>% <SEP> Cd, <SEP> 1 <SEP >% </B> <SEP> Zn.
<SEP> 20.0 <SEP> <B> 23.0 <SEP> 8.0 </B>
<tb> Magnesium <SEP> with <SEP> <B> 1 <SEP>% </B> <SEP> Zr, <SEP> 2 <SEP> <B>% <SEP> Cd, <SEP> 3 <SEP >% </B> <SEP> Re <SEP> <B> 25.0 </B> <SEP> 20.0 <SEP> 12.0 The good properties of the pre-cut alloys, especially their excellent ones Extensibility and notch toughness, mat'hen, they are also suitable for processing into kneaded products.
Zwax already shows a binary alloy that contains about 2% zirconium, after the tempering, strength values that are equal to those of the conventional kneaded magnesium alloys, which contain considerable amounts of aluminum and possibly also zinc, while it is significantly superior to these common alloys in terms of efficiency. In the alloys according to the invention, for.
B. those that contain cadmium or zinc, both the strength of the kneaded alloys is increased and the ratio between tensile strength and elongation is improved. Another important factor is that the kneaded alloys in particular are distinguished from the known kneaded alloys by their weldability.
The mechanical properties that can be achieved with the known wrought magnesium alloys are approximately as follows:
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Tensile strength <SEP> <B> = <SEP> 28-37 </B> <SEP> kg / mm #
<tb> Yield strength <SEP> <B> = <SEP> 20-28 </B> <SEP> kg / mm #
<tb> Elongation <SEP> <B> = <SEP> 7-16 <SEP>% </B>
<tb> Contraction <SEP> <B> = <SEP> 9-30% </B> (See "Material # ffhandbuoli Nieliteisenmeta, U, e" <B> 1936, </B> Sheet K "Alloys < B> A. </B> ZM, <B> A. </B> Z. <B> 855, </B> V <B> 1). </B>
A kneaded alloy with the following composition:
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<B> l% </B> <SEP> Zr
<tb> <B> 3% </B> <SEP> Zn
<tb> 2% <SEP> <B> Cd </B>
<tb> Rest of <SEP> Magnesium has a tensile strength of <B> 38.0 </B> kg / TnTn ', a yield point of 34.0 kg / n # m #, an elongation of <B> 192.5% </B> and a contraction of 46.0%.