DE10148573A1

DE10148573A1 - Schmiedbare Magnesiumlegierung

Info

Publication number: DE10148573A1
Application number: DE10148573A
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Murai; Susumu Miyamoto; Yanao Aso; Yoshinari Oki; Hideo Sano; Seiichi Nagao; Shinichi Matsuoka
Original assignee: Sankyo Aluminium Industry Co Ltd
Current assignee: Sankyo Aluminium Industry Co Ltd
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2001-10-01
Publication date: 2002-06-13
Also published as: GB2369625A; US20020102179A1; TW530094B; JP2002173730A; AU6877701A; KR20020043157A; GB0122030D0; CN1357643A

Abstract

Es wird ein Baumaterial für Gebäude aus einer Magnesiumlegierung vorgeschlagen, wobei die Legierung enthält Aluminium in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 1,0 Gew.-%, Zink in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 2,0 Gew.-%, Mangan in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 1,0 Gew.-%, 0,04 Gew.-% oder weniger Kupfer, 0,05 Gew.-% oder weniger Silicium, 0,005 Gew.-% oder weniger Eisen und 0,005 Gew.-% oder weniger Nickel. Dieses Baumaterial für Gebäude zeigt keine Risse, selbst wenn es mit einer Strangpreßgeschwindigkeit extrudiert wurde, die zehnfach höher als herkömmlich war, und es tritt keine durch Oberflächenoxidation bedingte Entflammung auf.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine schmiedbare Magnesiumle gierung, zum Beispiel auf ein Legierungsmaterial, das durch Strangpressen oder Walzen abgeflacht werden soll, und auf Baumaterial, insbesondere für Gebäude, das durch Abflachen des Legierungsmaterials hergestellt wurde.

Der hier verwendete Begriff "Abflachen" bedeutet ein Verfahren, bei wel chem ein Material Druck oder Hämmern ausgesetzt wird, wie Strangpressen, Walzen, Formpressen oder Schmieden, um das Material in eine festgelegte Form zu bringen, inbesondere im weiteren Sinne umgeformt bzw. verformt wird.

Schmiedbare Magnesiumlegierungen, die üblicherweise zur Herstellung von Baumaterialien verwendet werden, umfassen M1, eine vom JIS (Japanischer Industriestandard, "Japanese Industrial Standard") vorgeschriebene Aluminium-Zink-Legierung. Die M1-Legierung enthält neben Magnesium 3,0 Gew.-% Aluminium und 1,0 Gew.-% Zink.

Bei den herkömmlichen schmiedbaren Magnesiumlegierungen kann jedoch bei Erhöhung der Strangpreßgeschwindigkeit eine Rißbildung auftreten, die die Formgebung selbst unmöglich macht. Auch oxidiert häufig das entstande ne Werk- oder Formstück an seiner Oberfläche und beginnt in einigen Fällen zu brennen, so daß sich die Oberflächeneigenschaften verschlechtern.

Andererseits besteht Nachfrage nach einer Magnesiumlegierung, die mit er höhter Strangpreßgeschwindigkeit extrudiert werden kann.

Die vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schmiedbare Magnesiumlegierung, daraus hergestelltes Baumaterial und eine Verwendung als Baumaterial anzugeben, wobei die Magnesiumlegierung mit deutlich hö herer Strangpreßgeschwindigkeit als herkömmliche Magnesiumlegierungen extrudiert werden kann und zufriedenstellende mechanische Eigenschaften und eine hohe Korrosionsbeständigkeit, insbesondere hinsichtlich einer Ver wendung als Baumaterial, aufweist.

Die obige Aufgabe wird durch eine Magnesiumlegierung gemäß Anspruch 1, ein Baumaterial gemäß Anspruch 4 oder eine Verwendung gemäß Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Insbesondere enthält die vorschlagsgemäße Magnesiumlegierung Aluminium in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 1,0 Gew.-%, Zink in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 2,0 Gew.-%, Mangan in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 1,0 Gew.-%, 0,04 Gew.-% oder weniger Kupfer, 0,05 Gew.-% oder weniger Silicium, 0,005 Gew.-% oder weniger Eisen, 0,005 Gew.-% oder weniger Nickel.

Ein Barren der schmiedbaren Magnesiumlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde stranggepreßt. Der erhaltene geformte Gegenstand zeigte keine Rißbildung, auch als er bei einer Strangpreßgeschwindigkeit extrudiert wurde, die etwa zehnfach höher als die herkömmliche Geschwindigkeit war, und es trat auch keine durch Oberflächenoxidation ausgelöste Entflammung auf. Somit kann ein aus der Magnesiumlegierung bestehendes Baumaterial mit höherer Strangpreßgeschwindigkeit als der herkömmlichen Geschwindigkeit extrudiert werden.

Auch ist der unter Verwendung der Magnesiumlegierung der vorliegenden Er findung stranggepreßte Gegenstand den herkömmlich geformten Gegen ständen sowohl hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften überlegen, wie bei Zugfestigkeit, Streckgrenze, prozentualer Dehnung und Korrosionsbe ständigkeit, als auch hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften als leich tes Material.

Der Aluminiumgehalt wird aus folgenden Gründen in dem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 1,0 Gew.-% festgelegt: Wenn der Aluminiumgehalt geringer als 0,1 Gew.-% ist, weist der resultierende geformte Gegenstand bzw. das Materi al keine zufriedenstellenden mechanischen Eigenschaften als Baumaterial auf, und wenn der Aluminiumgehalt höher als 1,0 Gew.-% ist, ist es schwierig, die Legierung mit einer höheren Strangpreßgeschwindigkeit als der herkömmli chen Geschwindigkeit zu extrudieren.

Zink ist enthalten im Bereich von 0,1 Gew.-% bis 2,0 Gew.-%, weil bei einem Zinkgehalt unter 0,1 Gew.-% die Korrosionsbeständigkeit abnimmt und es bei einem Zinkgehalt über 2,0 Gew.-% schwierig ist, die Legierung mit einer hö heren Strangpreßgeschwindigkeit als der herkömmlichen Geschwindigkeit zu extrudieren.

Auch Mangan ist enthalten im Bereich von 0,1 Gew.-% bis 1,0 Gew.-%, da ein Mangangehalt in diesem Bereich hilft, die Korrosionsbeständigkeit zu er höhen. Wenn der Mangangehalt niedriger als 0,1 Gew.-% ist, verringert sich die Korrosionsbeständigkeit erheblich, und wenn der Mangangehalt höher als 1,0 Gew.-% ist, dann ist es schwierig, die Legierung mit einer höheren Strangpreßgeschwindigkeit als der herkömmlichen Geschwindigkeit zu ex trudieren.

Vorzugsweise enthält die schmiedbare Magnesiumlegierung gemäß der vor liegenden Erfindung Aluminium in einem Bereich von 0,2 Gew.-% bis 0,8 Gew.-%, Zink in einem Bereich von 0,2 Gew.-% bis 1,0 Gew.-%, 0,3 Gew.-% Mangan, Kupfer in einem Bereich von 0,02 Gew.-% bis 0,04 Gew.-%, Sili cium in einem Bereich von 0,02 Gew.-% bis 0,03 Gew.-%, 0,004 Gew.-% Ei sen sowie 0,001 Gew.-% Nickel, wobei der Rest Magnesium ist.

Diese Elemente sind in den jeweils erwähnten Bereichen enthalten, weil sich als Ergebnis von Experimenten herausstellte, daß die Strangpreßgeschwin digkeit etwa auf das Zehnfache der herkömmlichen Geschwindigkeit erhöht werden konnte und daß der resultierende, durch Strangpressen geformte Ge genstand herkömmlichen, durch Strangpressen geformten Gegenständen in Bezug auf mechanische Eigenschaften, wie zum Beispiel Zugfestigkeit, über legen war.

Kupfer, Silicium, Eisen und Nickel sind unvermeidbare verunreinigende Ele mente.

Ferner kann Calcium als Entflammungsverzögerer hinzugefügt werden. In diesem Fall wird Calcium vorzugsweise in einem Bereich von 0,3 bis 1,0 Gew.-% hinzugefügt.

Auch können Elemente der Seltenen Erden, wie Yttrium, Neodym und Ceri um, jeweils in einer Menge von 100 Gew.-ppm oder weniger hinzugefügt werden, um die mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen zu ver bessern.

Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Er findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Aus führungsbeispiele anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 eine Teilansicht eines Strangpreßprofils; und

Fig. 2 eine Teilansicht eines anderen Strangpreßprofils mit einer Quer schnittsform, die sich von der in Fig. 1 dargestellten unterschei det.

Als Beispiele 1 bis 3 wurden Stränge aus schmiedbaren Magnesiumlegierun gen hergestellt, die Aluminium, Zink, Mangan, Silicium, Eisen, Kupfer und Nickel in entsprechenden unten in Tabelle 1 dargestellten Mengen enthielten, wobei der Rest Magnesium ist. Die in Tabelle 1 aufgeführten Zahlen haben die Einheit Gew.-%.

Ferner wurden Stränge mit den entsprechenden in Tabelle 1 dargestellten Zu sammensetzungen als Vergleichsbeispiele 1 bis 3 hergestellt.

Tabelle 1

Die Stränge der Beispiele 1 bis 3 sowie der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wur den jeweils in eine Form mit einem wie in Fig. 1 dargestellten Querschnitt stranggepreßt. Aus Versuchsgründen wurde das Strangpressen mit unter schiedlichen Strangpreßgeschwindigkeiten durchgeführt, d. h. mit 5 m/min., 10 m/min., 15 m/min., 30 m/min., 50 m/min. und 70 m/min. Die Ergebnisse sind unten in Tabelle 2 dargestellt. Die Maße der in Fig. 1 dargestellten Form wa ren: W = 50 mm, S = 15 mm und t (Dicke) = 1,2 mm. Die Strangpreßbedingungen der einzelnen Beispiele sowie der Vergleichsbeispiele waren wie folgt: Strangtemperatur = 400°C, Strangpreßkraft = 3 bis 5 MN (Meganewton).

Tabelle 2

Das Zeichen "○" in der Tabelle 2 bedeutet, daß der Strangpreßvorgang zu friedenstellend ablief, "x" bedeutet, daß die Oberflächengüte als Folge von Rissen beeinträchtigt wurde, und "-" bedeutet, daß der Strangpreßvorgang in folge Rißbildung mißlungen war.

Ferner wurden die Stränge von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 jeweils in eine Form mit einem wie in Fig. 2 dargestellten Querschnitt umgeformt bzw. stranggepreßt. Die Ergebnisse sind unten in Tabelle 3 dargestellt. Die Abmes sungen der in Fig. 2 dargestellten Form waren: W = 40 mm, S = 20 mm, V = 15 mm und t (Dicke) = 2,0 mm. Die übrigen Bedingungen entsprachen denen der stranggepreßten Gegenstände in Tabelle 2. In Tabelle 3 haben die entspre chenden Zeichen die selben Bedeutungen wie oben bezüglich Tabelle 2 er klärt.

Tabelle 3

Ferner wurde, bezogen auf die mit den entsprechenden in Tabelle 2 darge stellten Extrusionsgeschwindigkeiten stranggepreßten Formen der Beispiele 1 bis 3 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3, die Zugfestigkeit ermittelt, wobei die Ergebnisse unten in Tabelle 4 dargestellt sind. Die Zugfestigkeit wurde mit einem universellen Prüfgerät ermittelt. Die in Tabelle 4 aufgeführten Zah len sind in der Einheit MPa (Megapascal). In Tabelle 4 hatten die Vergleichs beispiele 1 bis 3, die mit einer Strangpreßgeschwindigkeit von 10 m/min ge formt wurden, schlechte Oberflächeneigenschaften, wie durch das Zeichen "x" in Tabelle 2 angedeutet ist, ihre Zugfestigkeiten wurden jedoch aus Ver gleichsgründen gemessen.

Tabelle 4

Wie Tabelle 2 deutlich macht, konnten die Beispiele 1 bis 3 bei jeder der Strangpreßgeschwindigkeiten (Umformgeschwindigkeiten) 5 m/min., 10 m/min., 15 m/min., 30 m/min. und 50 m/min. zufriedenstellend extrudiert werden. Auch wurde das äußere Erscheinungsbild visuell begutachtet und keine Verschlechterung der Oberflächeneigenschaften festgestellt. Insbeson dere Beispiel 1 konnte sogar mit einer Strangpreßgeschwindigkeit von 70 m/min. extrudiert werden, ohne nachfolgende Verschlechterung der Oberflä cheneigenschaften. Im Gegensatz dazu konnten die Vergleichsbeispiele 1 bis 3 mit einer Strangpreßgeschwindigkeit von 10 m/min. extrudiert werden, wo bei sich ihre Oberflächeneigenschaften jedoch verschlechterten, und bei einer Geschwindigkeit von 15 m/min. oder darüber war der Strangpreßvorgang selbst wegen Rißbildung nicht durchführbar. Die Beispiele 1 bis 3 konnten nämlich mit einer Extrusionsgeschwindigkeit stranggepreßt werden, die zehn fach höher als die der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 war.

Was das Strangpressen der Formen mit dem in Fig. 2 dargestellten Quer schnitt anbetrifft, konnte Beispiel 1, wie aus Tabelle 3 hervorgeht, sogar mit einer Geschwindigkeit von 20 m/min. extrudiert werden, während Ver gleichsbeispiel 1 bei einer Geschwindigkeit von 5 m/min. riß und nicht extru diert werden konnte. Wie auch aus den in Tabelle 2 und 3 dargestellten Er gebnissen hervorgeht, ist offensichtlich, daß im Fall von Strangpreßformen mit identischem Querschnitt die Beispiele entsprechend der vorliegenden Er findung mit einer mehr als zehnfach höheren Geschwindigkeit als die der Ver gleichsbeispiele extrudiert werden konnten, obwohl die Extrusions geschwindigkeit in Abhängigkeit von den zu extrudierenden Querschnitten variieren kann.

Was die Zugfestigkeit der Formen der Beispiele und der Vergleichsbeispiele anbetrifft, sinkt die Zugfestigkeit der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 mit steigen der Extrusionsgeschwindigkeit stark ab, wie aus Tabelle 4 ersichtlich, jedoch im Fall der Bespiele entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigten die ex trudierten Formen bei erhöhten Geschwindigkeiten Zugfestigkeiten, die na hezu gleich denen der Formen waren, die mit geringen Strangpreßgeschwin digkeiten extrudiert wurden. Insbesondere die mit der Strangpreßgeschwin digkeit von 10 m/min. extrudierten Formen der Beispiele 1 bis 3 wiesen alle höhere Zugfestigkeiten auf, als die bei gleicher Geschwindigkeit extrudierten Vergleichsbeispiele 1 bis 3. Eine typische Zugfestigkeit von A6063 (JIS), das eine allgemein verwendete schmiedbare Aluminiumlegierung ist, beträgt 220 MPa, und somit sind die Beispiele der vorliegenden Erfindung dieser schmiedbaren Aluminiumlegierung in der Zugfestigkeit überlegen.

Auch wurden die Beispiele 1 bis 3 in Bezug auf die 0,2%-Streckgrenze und die prozentuale Dehnung meßtechnisch untersucht und im Ergebnis wiesen die Beispiele eine 0,2%-Streckgrenze von 110 bis 130 MPa und eine prozen tuale Dehnung von 8 bis 12% auf. Zur Messung der Korrosionsbeständigkeit wurden ferner die Beispiele während 24 Stunden mit Salzwasser besprüht, welches 5% NaCl enthielt, und der korrosionsbedingte Gewichtsverlust wurde mit 2 mg/cm²/Tag festgestellt. Diese Werte zeigen, daß die Magne siumlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung mechanische Eigenschaften hat, die gleich oder besser als die der allgemein verwendeten schmiedbaren Aluminiumlegierung A6063 (JIS) sind, und daß sie sich als leichtes Bau material eignet.

Ferner wurden unter Verwendung von Barren bzw. Strängen der Beispiele 1 bis 3 mit 0,3 bis 1,0 Gew.-% zugegebenem Calcium Formen durch Strang pressen hergestellt. Die Formen konnten mit den gleichen Geschwindigkeiten wie bei den Beispielen 1 bis 3 extrudiert werden und wiesen auch gleiche me chanische Eigenschaften auf. Verglichen mit den Formen, die kein Calcium enthielten, waren die calciumhaltigen Formen weniger anfällig gegenüber der durch Oberflächenoxidation bedingten Entflammung und zeigten größere Ent flammungsverzögerung.

Auch bei Verwendung der Barren bzw. Stränge der Beispiele 1 bis 3, die zu sätzlich Elemente der Seltenen Erden wie Yttrium, Neodym und Cerium in ei ner Menge von jeweils 100 Gew.-ppm oder weniger enthielten, wurden durch Strangpressen Formen hergestellt. Die Formen konnten mit den gleichen Ge schwindigkeiten wie die der Beispiele 1 bis 3 extrudiert werden und wiesen auch mechanische Eigenschaften auf, die besser als die der Beispiele bei ho hen Temperaturen (200°C bis 300°C) waren.

Das Formgebungsverfahren für die schmiedbare Magnesiumlegierung ent sprechend der vorliegenden Erfindung ist nicht auf Strangpressen beschränkt und die Magnesiumlegierung kann alternativ oder zusätzlich generell einer Umformung, wie Walzen, Formpressen oder Schmieden, ausgesetzt werden. Die durch solche Formgebungsverfahren hergestellten geformten Gegenstände haben auch Vorteile, die ähnliche denen der zuvor genannten, stranggepreßten Gegenstände sind.

Wie zuvor beschrieben, kann die Magnesiumlegierung der vorliegenden Er findung bei einer Extrusionsgeschwindigkeit stranggepreßt werden, die höher als die herkömmliche Geschwindigkeit ist. Zusätzlich zeigt der stranggepreßte Gegenstand keine Verschlechterung seiner Oberflächeneigenschaften auf grund Rißbildung oder Entflammung als Folge von Oberflächenoxidation.

Das vorschlagsgemäße Baumaterial für Gebäude, das aus einer Magnesiumle gierung hergestellt wurde, enthält vorzugsweise Aluminium in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 1,0 Gew.-%, Zink in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 2,0 Gew.-%, Mangan in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 1,0 Gew.-%, 0,04 Gew.-% oder weniger Kupfer, 0,05 Gew.-% oder weniger Silicium, 0,005 Gew.-% oder weniger Eisen und 0,005 Gew.-% oder weniger Nickel. Dieses Baumaterial für Gebäude hatte keine Risse, selbst als es mit einer Strangpreß geschwindigkeit extrudiert wurde, die zehnfach höher als die herkömmliche Geschwindigkeit war, und es trat keine durch Oberflächenoxidation bedingte Entflammung auf.

Claims

1. Magnesiumlegierung, insbesondere zur Herstellung von Baumaterial für Gebäude durch Abflachen, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesiumlegierung Aluminium in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 1,0 Gew.-%, Zink in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 2,0 Gew.-%; Mangan in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 1,0 Gew.-%, 0,04 Gew.-% oder weniger Kupfer, 0,05 Gew.-% oder weniger Silicium, 0,005 Gew.-% oder we niger Eisen und 0,005 Gew.-% oder weniger Nickel enthält.

2. Magnesiumlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesiumlegierung Calcium in einem Bereich von 0,3 Gew.-% bis 1,0 Gew.-% enthält.

3. Magnesiumlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesiumlegierung Elemente der Seltenen Erden, insbesondere Yttrium, Neodym und/oder Cerium, jeweils in einer Menge von 100 Gew.-ppm oder weniger, enthält.

4. Baumaterial, insbesondere für Gebäude, dadurch gekennzeichnet, daß das Baumaterial aus einer Magnesiumlegierung gemäß einem der voran stehenden Ansprüche hergestellt und abgeflacht ist.

5. Verwendung einer Magnesiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Baumaterial, insbesondere für Gebäude, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesiumlegierung umgeformt und dann eingebaut wird.