DE10236440B4 - Magnesiumlegierung und Magnesiumlegierungs-Formkörper mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit - Google Patents
Magnesiumlegierung und Magnesiumlegierungs-Formkörper mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit Download PDFInfo
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Abstract
Magnesiumlegierung
mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit
und Wärmebeständigkeit,
sie enthält
in Massenprozent:
Al: 5 % bis 7 %,
Ca: 2 % bis 4 %,
Mn: 0,1 % bis 0,8 %,
seltene Erden: 0,1 % bis 0,6 %, wobei
der Rest der Magnesiumlegierung aus Mg und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Legierung ferner
Sr: 0,001 % bis 0,05 % enthält, und
dass der zulässige Gehalt an jeder der unvermeidlichen Verunreinigungen Si, Zn, Cu, Ni, Fe und Cl so eingestellt ist, dass der
Si-Gehalt nicht mehr als 0,01 %,
Zn-Gehalt nicht mehr als 0,01 %,
Cu-Gehalt nicht mehr als 0,008 %,
Ni-Gehalt nicht mehr als 0,001 %,
Fe-Gehalt nicht mehr als 0,004 %, und
Cl-Gehalt nicht mehr als 0,003 %
beträgt.
Al: 5 % bis 7 %,
Ca: 2 % bis 4 %,
Mn: 0,1 % bis 0,8 %,
seltene Erden: 0,1 % bis 0,6 %, wobei
der Rest der Magnesiumlegierung aus Mg und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Legierung ferner
Sr: 0,001 % bis 0,05 % enthält, und
dass der zulässige Gehalt an jeder der unvermeidlichen Verunreinigungen Si, Zn, Cu, Ni, Fe und Cl so eingestellt ist, dass der
Si-Gehalt nicht mehr als 0,01 %,
Zn-Gehalt nicht mehr als 0,01 %,
Cu-Gehalt nicht mehr als 0,008 %,
Ni-Gehalt nicht mehr als 0,001 %,
Fe-Gehalt nicht mehr als 0,004 %, und
Cl-Gehalt nicht mehr als 0,003 %
beträgt.
Description
- Hintergrund der Erfindung
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Magnesiumlegierungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Verwandter Stand der Technik
- Magnesiumlegierungen haben ein geringes Gewicht und weisen eine verbesserte Festigkeit nicht nur bei Raumtemperatur sondern auch bei hoher Temperatur auf. Magnesiumlegierungen sind daher für verschiedene Zwecke verwendbar. Auf dem Automobilsektor sind beispielsweise wärmebeständige Formkörper (Bauteile) mit einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit, wie z.B. Getriebegehäuse oder Ölwannen, in der Praxis verwendbar. Diese wärmebeständigen Formkörper können aus Magnesiumlegierungen hergestellt werden, um das Gewicht einer Automobilkarosserie zu verringern. Die daraus resultie rende Verbesserung des Treibstoffverbrauchs kann auch zu einer Unterdrückung der globalen Erwärmung beitragen. Außerdem sind auf dem Gebiet der Haushaltsgeräte Korrosionsbeständigkeit und Wärmebeständigkeit Erfordernisse für Gehäuse von Flüssigkristall-Projektoren, die im Innern Lichtquellen aufweisen. Diese Gehäuse können aus Magnesiumlegierungen hergestellt sein. Magnesiumlegierungen können somit beitragen zur Verbreitung von tragbaren Geräten mit hoher Festigkeit. Auf anderen Gebieten können Magnesiumlegierungen verwendet werden für Formkörper (Bauteile) mit einem geringen Gewicht, die korrosionsbeständig und wärmebeständig sein müssen, wie z.B. Werkzeugmaschinen oder Freizeitprodukte.
- Als Magnesiumlegierungen dieses Typs gab es in dem konventionellen Stand der Technik Legierungen auf Al-Si-Basis, als AS41 und AS21 bezeichnet, und Legierungen auf Al-Mm-Basis, als AE42 bezeichnet. Außerdem sind bereits die nachstehend angegebenen verschiedenen Legierungen vorgeschlagen worden, obgleich sie bisher in der Praxis nicht verwendet werden.
- Die Gehalte in den nachfolgenden Legierungen sind in der Einheit "Massenprozent" angegeben:
- (1) eine Mg-Legierung, die enthält 1 bis 6 % Al, 0,5 bis 4 % Ca, 0,5 bis 1,5 % Si, 0,15 bis 0,5 % Mn und 0,1 bis 0,3 % Zn (japanische Patentpublikation Nr. 17890/1991);
- (2) eine Mg-Legierung, die enthält 2 bis 10 % Al, 1,4 bis 10 % Ca, 2 % oder weniger Si, 2 % oder weniger Zn und 4 % oder weniger Elemente der Seltenen Erden, mit der Maßgabe, dass Ca/Al ≥ 0,7 (offengelegtes japanisches Patent Nr. 25 790/1994);
- (3) eine Mg-Legierung, die enthält 5 bis 10 % Al, 0,2 bis 1,0 % Si, 0,05 bis 0,5 % Ca und Sr ≤ 0,1 % (japanische Patentpublikation Nr. 104 942/1997);
- (4) eine Mg-Legierung, die enthält 2 bis 10 % Al, 1,0 bis 10 % Ca, mindestens eines der Elemente Si, Mn, Zn, Zr in einer Menge von ≤ 2 % und Elemen te der Seltenen Erden in einer Menge von ≤ 4 % (offengelegtes japanisches Patent Nr. 271 919/1997);
- (5) eine Mg-Legierung, die enthält 2 bis 6 % Al, 0,5 bis 4 % Ca, mit der Maßgabe, dass Ca/Al ≤ 0,8, und Sr in einer Menge von ≤ 0,15 % (japanische Patentpublikation Nr. 272 945/1997).
- In der nachfolgenden Beschreibung wird die Wirkung der Zugabeelemente (Legierungselemente) in den jeweiligen konventionellen Legierungen (einschließlich der vorgeschlagenen konventionellen Legierungen) beschrieben.
- Al bildet zusammen mit Mg eine harte intermetallische Verbindung (Mg17Al12). Seine feste Dispersion verbessert die 0,2 % Dehngrenze und die Zugfestigkeit der Legierung. Ca bildet zusammen mit Al oder Mg eine intermetallische Verbindung mit einem hohen Schmelzpunkt und verbessert so die Zugfestigkeit und die Kriechbeständigkeit (Zeitstandfestigkeit). Si bildet zusammen mit Mg eine intermetallische Verbindung mit hohem Schmelzpunkt (Mg2Si) und verbessert so die Zugfestigkeit und die Kriechbeständigkeit (Zeitstandfestigkeit). Zn verbessert die Alterungs- bzw. Lagerbeständigkeit. Elemente der Seltenen Erden (hauptsächlich Mischmetell Mm) bilden zusammen mit Al eine intermetallische Verbindung und verbessern so die Kriechbeständigkeit und die Korrosionsbeständigkeit sowie die Dehnung bei hoher Temperatur.
- Nachstehend werden die Probleme der Zugabeelemente (Legierungselemente) bei den konventionellen Legierungen beschrieben.
- Al ist ein Element zur Verbesserung der Festigkeit. Eine übermäßige Zugabe von Al führt jedoch zu einer Zunahme von Mg17Al12, bei dem es sich um eine spröde intermetallische Verbindung mit niedrigem Schmelzpunkt handelt. Die Zähigkeit wird dadurch verringert, während gleichzeitig die Kriechbeständigkeit vermindert wird.
- Ca oder Si bewirkt eine Verbesserung der Zugfestigkeit und der Kriechbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen. Eine übermäßige Zugabe von Ca führt jedoch nicht nur zu einer Abnahme der Zähigkeit, sondern auch zu einer Zunahme der Empfindlichkeit gegen Rissbildung während des Gießens. Mit steigendem Ca-Gehalt nimmt außerdem die Korrosionsbeständigkeit plötzlich ab.
- Si bildet zusammen mit Ca so leicht eine Verbindung, dass während des Schmelzens eine beträchtliche Verbindungsmenge auskristallisiert. Die 0,2 % Dehngrenze des geschmolzenen Metalls wird somit vermindert.
- Zn ist ebenfalls ein Element zur Verbesserung der Festigkeit. Zn setzt jedoch die Kriechbeständigkeit herab und erhöht die Empfindlichkeit gegen Rissbildung während des Gießens.
- Die Elemente der Seltenen Erden bewirken eine Verbesserung der Kriecheigenschaften. Die Elemente der Seltenen Erden erhöhen jedoch die Materialkosten. Außerdem werden die Elemente der Seltenen Erden so leicht oxidiert, dass sie an einer Form haften. Darüber hinaus haben die konventionellen Legierungen im allgemeinen einen derart hohen Schmelzpunkt, dass die Schmelztemperatur erhöht werden musste. Geschmolzenes Metall verbrennt daher leicht. Außerdem war auch die Solidus-Temperatur so hoch, dass die Fließfähigkeit des geschmolzenen Metalls abnahm. Es entstand daher leicht ein Gießbruch. Daher sind Teile, die aus solchen Legierungen hergestellt sind, für die praktische Verwendung nicht geeignet.
- Unter diesen Legierungen hat eine Mg-Al-Ca-Legierung, die eine billige wärmebeständige Legierung darstellt, die kein Element der Seltenen Erden enthält, jedoch den signifikanten Mangel, dass die Zugabe von 2 Massenprozent oder mehr Ca für die Erzielung zufriedenstellender Kriecheigenschaften erforderlich ist, was zu einer deutlichen Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit führt.
- Ferner ist aus der
EP 0 419 375 B1 eine Magnesiumlegierung gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Die aus derEP 0 419 375 B1 bekannte Magnesiumlegierung weist jedoch den Nachteil auf, dass die Korrosionsbeständigkeit der Legierung und deren Wärmebeständigkeit mangelhaft ist. - Zusammenfassung der Erfindung
- Die Erfindung wurde entwickelt, um die Probleme der konventionellen Legierungen zu lösen. Ziel der Erfindung ist es, eine Magnesiumlegierung, deren Legierungsaufbau insbesondere unter Berücksichtigung der Korrosionsbeständigkeit vorgenommen wird, die bei den konventionellen Legierungen bisher kaum berücksichtigt wurde, sodass gute Gießeigenschaften auch bei einer niedrigen Schmelztemperatur gewährleistet werden können, während die Magnesiumlegierung gleichzeitig eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit und eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit aufweist, sowie einen unter Verwendung der Magnesiumlegierung hergestellten Magnesiumlegierungs-Formkörper (Bauelement) anzugeben.
- Erfindungsgemäß wurden durch Verwendung von Al, Ca, Mn, Sr und Elementen der Seltenen Erden als Zugabeelemente (Legierungselemente) Rohblöcke mit einer geänderten Zusammensetzung der jeweiligen Elemente hergestellt. Außerdem wurden aus den Rohblöcken Rohmaterial-Späne (Chips) für ein Metallspritzgießverfahren, bei dem es sich um eines der Hochdruck-Gießverfahren handelt, hergestellt und dann wurden Probekörper daraus hergestellt. Die Komponenten wurden auf der Basis von Salzsprühtests, Kriechbeständigkeitstests, Zugtests bei erhöhten Temperaturen und Formbarkeitstests bis zu 100 h optimiert. Auf diese Weise wurden Aluminium-Legierungen gefunden, die sowohl eine gute Korrosionsbeständigkeit als auch eine gute Wärmebeständigkeit aufweisen.
- Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird mittels einer Magnesiumlegierung gemäß Anspruch 1 gelöst.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 beschrieben.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 stellt ein Diagramm dar, das den Einfluss des Ca-Gehaltes auf die Korrosionsrate und die minimale Kriechrate zeigt; -
2 stellt ein Diagramm dar, das den Einfluss des Al-Gehaltes auf die Korrosionsrate und die minimale Kriechrate zeigt; -
3 stellt ein Diagramm dar, das den Einfluss des Sr-Gehaltes auf die Korrosionsrate und die minimale Kriechrate zeigt; -
4 stellt ein Diagramm dar, das den Einfluss des Mm-Gehaltes auf die Korrosionsrate und die minimale Kriechrate zeigt; -
5 stellt ein Diagramm dar, das den Einfluss des Al-Gehaltes auf die Korrosionsrate und die minimale Kriechrate zeigt; -
6 stellt ein Diagramm dar, das den Einfluss des Ca-Gehaltes auf die Korrosionsrate und die minimale Kriechrate zeigt; -
7 stellt ein Diagramm dar, das den Einfluss des Sr-Gehaltes auf die Korrosionsrate und die minimale Kriechrate zeigt; -
8 stellt ein Diagramm dar, das die 0,2 % Dehngrenze und die Zugfestigkeit von erfindungsgemäßen Legierungen zeigt, die in Zugtests bei erhöhten Temperaturen erhalten wurden; -
9 stellt ein Diagramm dar, das den Einfluss von Mm auf die Füllungsrate zeigt; und -
10 stellt ein Diagramm dar, das die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Spritzgeschwindigkeit und der Füllungsrate bei erfindungsgemäßen Legierungen zeigt. - Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
- In erster Linie werden nachstehend die Wirkungen der erfindungsgemäßen Zugabeelemente (Legierungselemente) beschrieben.
- Al 5 bis 7 Massenprozent
- Al löst sich kaum in Form einer festen Lösung in einer Mg-Matrixphase, es wird jedoch vor Ansammlungen von primären Mg-Kristallen kondensiert. Als Folge davon kann ein gutes Fließvermögen erhalten werden, bis Al mit Mg oder Ca Eutektika bildet. Zu diesem Zeitpunkt hat Al einen hohen Schmelzpunkt, wenn sein Gehalt weniger als 5 Massenprozent beträgt. Die Schmelztemperatur in einem Herstellungs- oder Gießverfahren zur Herstellung eines Legierungsblockes muss somit erhöht werden, sodass die Verarbeitbarkeit schlechter wird. Andererseits nimmt dann, wenn der Al-Gehalt 7 Massenprozent übersteigt, die Bildung von intermetallischen Verbindungen zu, sodass die Empfindlichkeit gegen Rissbildung während des Gießens zunimmt und die Korrosionsbeständigkeit schlechter wird. Der Al-Gehalt ist daher auf den oben genannten Bereich beschränkt. Es ist besonders bevorzugt, dass der untere Grenzwert des Al-Gehalt auf 5,2 % und sein oberer Grenzwert auf 6,8 eingestellt werden.
- Ca 2 bis 4 Massenprozent
- Ca bildet mit Mg und Al intermetallische Verbindungen, kristallisiert in Netzwerkformation hauptsächlich an Kristall-Grenzflächen. Die intermetallischen Verbindungen wirken als Hindernisse gegen Upstrokes für eine Dislokation, sodass die Beständigkeit gegen Kriechverformung verbessert wird. Derzeit ist der Effekt nicht ausreichend, wenn die Zugabemenge von Ca weniger als 2 Massenprozent beträgt. Wenn die Zugabemenge 4 Massenprozent übersteigt, entstehend während des Gießens leicht Risse. Der Gehalt an Ca ist daher auf einen solchen Bereich beschränkt. Es ist besonders bevorzugt, dass der untere Grenzwert für Ca auf 2,2 Massenprozent und sein oberer Grenzwert auf 3,8 Massenprozent eingestellt wird.
- Mn 0,1 bis 0,8 Massenprozent
- Mn bildet mit Al eine intermetallische Verbindung. Daher wird Fe, das ein Verunreinigungselement darstellt, in Form einer festen Lösung gelöst. Die Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit wird dadurch gehemmt. Derzeit ist der Effekt nicht ausreichend, wenn der Mn-Gehalt weniger als 0,1 Massenprozent beträgt. Wenn der Mn-Gehalt 0,8 Massenprozent übersteigt, nimmt die Ausbeute beim Schmelzen ab. Daher ist der Mn-Gehalt auf einen solchen Bereich beschränkt. Es ist besonders bevorzugt, dass der untere Grenzwert für Mn auf 0,2 Massenprozent und sein oberer Grenzwert auf 0,6 Massenprozent eingestellt wird.
- Elemente der Seltenen Erden 0,1 bis 0,6 Massenprozent
- Elemente der Seltenen Erden bilden mit Al intermetallische Verbindungen, wodurch die Korrosionsbeständigkeit dramatisch verbessert wird. Derzeit kann eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit nicht erreicht werden, wenn der Gehalt an Seltenen Elementen weniger als 0,1 Massenprozent beträgt. Wenn der Gehalt an Elementen der Seltenen Erden 2,0 Massenprozent übersteigt, nimmt die Ausbeute beim Schmelzen ab. Außerdem wird die Kriechbeständigkeit in einem großen Maßstab verbessert, wenn 0,1 Massenprozent Elemente der Seltenen Erden zugegeben werden. Wenn jedoch 1 % oder mehr Elemente der Seltenen Erden zugegeben werden, werden die Eigenschaften schlechter. Wenn der Gehalt an Elementen der Seltenen Erden 0,5 Massenprozent übersteigt, nimmt das Fließvermögen ab als Folge des Anstiegs des Gehalts an Elementen der Seltenen Erden. Wenn jedoch Sr, das weiter unten beschrieben wird, zugegeben wird, wird die Beeinträchtigung der Verformbarkeit, hervorgerufen durch die Zugabe von Elementen der Seltenen Erden, verbessert. Wenn somit der Gehalt an Elementen der Seltenen Erden nicht mehr als 0,6 Massenprozent beträgt, ist eine gute Formbarkeit gewährleistet. Als Element der Seltenen Erden kann ein Vertreter, ausgewählt aus der Gruppe der Elemente der Seltenen Erden, zugegeben werden oder es können zwei oder mehr Vertreter, ausgewählt aus der Gruppe der Elemente der Seltenen Erden zugegeben werden. Außerdem können Elemente der Seltenen Erden in Form von Mischmetall zugegeben werden.
- Sr: 0,001 bis 0,05 Massenprozent
- Wenn Sr in geringer Menge zugegeben wird, wird es in Form einer festen Lösung in kristallisierten Materialien an den Kristall-Grenzflächen gelöst. Die feste Sr-Lösung hat die Wirkung, die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der verbesserten Kriecheigenschaften. Es wurde außerdem gefunden, dass das zugegebene Sr die durch die Zugabe von Elementen der Seltenen Erden in einer Menge von mehr als 0,5 Massenprozent verursachte Verschlechterung des Fließvermögens bessern kann. Derzeit ist die Besserung der verschlechterten Korrosionsbeständigkeit und Fließfähigkeit nicht ausreichend, wenn Sr in einer Menge von weniger als 0,001 Massenprozent enthalten ist. Wenn der Sr-Gehalt 0,05 Massenprozent übersteigt, nimmt das Ausbeute-Verhältnis beim Schmelzen von Sr zu geschmolzenem Metall ab.
Si: nicht mehr als 0,01 Massenprozent
Zn: nicht mehr als 0,01 Massenprozent
Cu: nicht mehr als 0,008 Massenprozent
Ni: nicht mehr als 0,001 Massenprozent
Fe: nicht mehr als 0,004 Massenprozent
Cl: nicht mehr als 0,003 Massenprozent. - Die Verunreinigungselemente Si, Zn, Cu, Ni, Fe und Cl verschlechtern die Korrosionsbeständigkeit. Es ist daher sehr wichtig, die zulässigen Gehalte an diesen Verunreinigungselementen zu kontrollieren. Um eine Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit zu verhindern, müssen alle Elemente den Bedingungen genügen.
- Eine erfindungsgemäße Magnesiumlegierung wird in einer Schmelze hergestellt, in der diese Komponenten in dem gewünschten Mengenbereich vorliegen. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren unterliegt keiner speziellen Beschränkung, sondern es kann jedes beliebige und allgemein angewendete Verfahren eingesetzt werden. Eine in einer Schmelze hergestellte Magnesiumlegierung kann in einem Gießverfahren verwendet werden, bei dem es sich um ein anschließend durchgeführtes Verfahren handelt, in dem sie so wie sie vorliegt oder nach ihrer Verformung zu einer Bramme verwendet wird.
- Als Gießmethode können bei dem Gießverfahren verschiedene Methoden, die allgemein bekannt sind, angewendet werden. Die erfindungsgemäße Magnesiumlegierung weist jedoch verbesserte Gießeigenschaften auf und es handelt sich daher um ein Material, das für Hochdruck-Gießverfahren geeignet ist, beispielsweise für das Druckgießen, das Pressgießen und das Metallspritzgießen, wodurch ein qualitativ hochwertiges Material erhalten werden kann, obgleich gute Gießeigenschaften erforderlich sind.
- Die Bedingungen bei diesen Gießverfahren unterliegen erfindungsgemäß keiner speziellen Beschränkung, es ist jedoch bevorzugt, dass das Verhältnis von fester Phase zu geschmolzenem Metall auf nicht höher als 50 % beim partiellen Schmelzverformen eingestellt wird. Der Grund dafür ist der, dass die Gefahr besteht, dass ein gutes Formen erschwert wird durch das verschlechterte Fließvermögen von geschmolzenen Metall selbst bei einer erfindungsgemäßen Legierung mit guten Gießeigenschaften, wenn der Anteil an fester Phase 50 % übersteigt.
- In den Hochdruck-Gießverfahren weist die geschmolzene Legierung (einschließlich des Falles, dass sie im halbfesten Zustand vorliegt) ein gutes Fließvermögen auf. Wenn daher die geschmolzene Legierung zu einem dünnen Produkt geformt wird, kann die geschmolzene Legierung mit einem guten Schmelzfluss gegossen werden, sodass das Produkt mit einer hohen Ausbeute erhalten werden kann. Außerdem weist ein Formkörper, der dabei erhalten wird, wegen des guten Schmelzflusses wenig Defekte auf. Es können somit verbesserte Eigenschaften gewährleistet werden selbst bei einem hochfesten Material.
- Produkte, die aus einer erfindungsgemäßen Legierung geformt worden sind, können daher als Formkörper (Bauteile) mit geringem Gewicht, mit hoher Festigkeit und mit verbesserten Hochtemperatur-Eigenschaften und verbesserter Korrosionsbeständigkeit für verschiedene Anwendungszwecke verwendet wer den. Die Verwendung dieser Produkte in Automobilteilen oder in verschiedenen tragbaren Apparaturen, bei denen diese Eigenschaften erforderlich sind, kann somit ausgeweitet werden. Außerdem kann die Verwendung dieser Produkte für Werkzeugmaschinen oder Freizeitprodukte ebenfalls ausgeweitet werden. Außerdem können diese Magnesiumlegierungsprodukte leichter recyclisiert werden als konventionelle Kunststoffprodukte, sodass sie einen Beitrag zur Erhaltung der globalen Umwelt leisten.
- Beispiele
- Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen in den den folgenden Beispielen näher beschrieben.
- Erfindungsgemäße Legierungsblöcke und konventionelle Vergleichs-Legierungsblöcke wurden geschmolzen und hergestellt und dann zur Herstellung verschiedener Rohmaterial-Chips zerschnitten. In der Tabelle 1 sind die Ergebnisse der chemischen Analyse der Rohmaterial-Chis angegeben.
- Das Gießen wurde unter Anwendung eines Metallspritzgießverfahrens (Formspannkraft 450t) durchgeführt, bei dem es sich um eines der Hochdruck-Gießverfahren handelt. Auf diese Weise wurden Zug/Kriech-Testproben, die jeweils einen Parallel-Abschnitts-Durchmesser von 6 mm aufwiesen, ebene Platten (Proben für Salzsprühtests), die jeweils eine Dicke von 2 mm hatten, und ebene Platten (Proben für den Verformbarkeitstest) die jeweils eine Dicke von 1 mm hatten, hergestellt. Um nur die Zusammensetzungen zu bestimmen, waren die Formgebungs-Bedingungen konstant in bezug auf die Zylinder-Temperatur (903 K), die Formtemperatur (443K) und die Spritzgeschwindigkeit (1,7 m/s) und es wurde mit einem optischen Mikroskop bestätigt, dass der Anteil an fester Phase 0 % betrug. Nur im Falle des Formbarkeitstests wurde die Spritzgeschwindigkeit variiert in einem Bereich von 0,5 m/s bis 1,9 m/s. Die Wärmebeständigkeit wurde bestimmt durch Kriechtests bei 473 K und 90 MPa und die Zugtests wurden bei erhöhten Temperaturen von Raumtemperatur bis 473 K durchgeführt. Die Korrosionsbeständigkeit wurde bestimmt durch Salzsprühtests für 100 h. Die Formbarkeit wurde bestimmt anhand der Füllbarkeit der flachen Platten von 1 mm Dicke.
- Die
1 zeigt die Beziehung zwischen dem Ca-Gehalt und der Korrosionsrate, die errechnet wurde aus dem Gewichtsverlust in dem Zeitraum zwischen vor und nach den 100-stündigen Salzsprühtests, und die Beziehung zwischen dem Ca-Gehalt und der minimalen Kriechrate, die errechnet wurde aus Kriechtests mit den Al und Ca enthaltenden Mg-Legierungen. Um eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit und Kriechbeständigkeit zu erzielen, ist es erforderlich, 2 Mol-% oder mehr Ca zuzugeben. Wenn jedoch der Ca-Gehalt 2 Massenprozent übersteigt, nimmt die Korrosionsbeständigkeit plötzlich ab. - Es wurde gefunden, dass die Korrosionsbeständigkeit von Legierung auf Mg-Al-Basis, die kein Ca enthalten, mit steigendem Al-Gehalt besser wird. Die
2 zeigt den Einfluss des Al-Gehaltes auf die Korrosionsrate und die minimale Kriechrate in den Al und Ca enthaltenden Mg-Legierungen. Die Al und Ca enthaltenden Mg-Legierungen weisen keinen Unterschied in bezug auf die Kriecheigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit in Abhängigkeit von einer Änderung des Al-Gehaltes auf. Das heißt, die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit kann nicht erwartet werden durch die Erhöhung des Al-Gehaltes in den Ca enthaltenden Legierungen. - Die
3 zeigt den Einfluss des Sr-Gehaltes auf die Korrosionsrate und die minimale Kriechrate. Obgleich durch Zugabe von Sr zu den Al und Ca enthaltenden Mg-Legierungen die Korrosionsbeständigkeit verbessert wird, nehmen die Korrosionsrate und die minimale Kriechrate in großem Umfang ab im Vergleich zu denjenigen von AE42, bei der es sich um eine üblicherweise verwendete Legierung handelt. - Die
4 zeigt den Einfluss des Mm-Gehalt auf die Korrosionsrate und die minimale Kriechrate. Es wurde nachgewiesen, dass die Korrosionsbeständigkeit durch Zugabe Mm zu den Al und Ca enthaltenden Mg-Legierungen in großem Maßstab verbessert wird. Die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit ist erkennbar bei einem Mm-Gehalt von 0,5 Massenprozent oder weniger, es treten jedoch nur geringe Änderungen auf bei einem Mm-Gehalt von höher als 0,5 Massenprozent. Die Kriecheigenschaften werden verbessert durch Zugabe von 0,1 Massenprozent Mm, bei Zugabe von Mm in einer Menge von mehr als 1 Massenprozent nehmen diese jedoch ab. Das heißt, eine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit wurde gefunden durch Zugabe von Mm, für die praktische Verwendung wäre jedoch eine weitere Verbesserung erforderlich. Die Korrosionsrate von AZ91D, AM60B und AE42, bei denen es sich um üblicherweise verwendete Legierungen handelt, betragen 0,02, 0,06 bzw. 0,08 mg/cm2/Tag. Für die praktische Verwendung wurden Untersuchungen durchgeführt, um den angestrebten Wert von 0,1 mg/cm2/Tag oder darunter zu erzielen. - Es wurde eine sehr geringe Menge Sr zu den Al, Ca und Mm enthaltenden Legierungen zugegeben, um den angestrebten Wert zu erzielen. Die
5 zeigt den Einfluss des Al-Gehaltes auf die Korrosionsrate und die minimale Kriechrate bei den Legierungen. Im Gegensatz zu den kein Ca enthaltenden Legierung auf Mg-Al-Basis wiesen die Mm enthaltenden Legierungen, denen eine sehr geringe Menge Sr zugegeben worden war, eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit bei einem Al-Gehalt von nicht höher als 7 Massenprozent auf. Wenn der Al-Gehalt 7 Massenprozent übersteigt, nimmt die Korrosionsbeständigkeit mit steigendem Al-Gehalt plötzlich ab. Es wird angenommen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass mit steigendem Al-Gehalt mehr intergranulär kristallisierte Materialien auf Al-Ca-Basis erhalten werden und dass die Korrosionsbeständigkeit mit zunehmender Menge dieser intermetallischen Verbindungen, die eine geringe Korrosionsbeständigkeit aufweisen, abnimmt. - Da Ca die Korrosionsbeständigkeit negativ beeinflusste, wurde ein Versuch unternommen, um den Ca-Gehalt in den Al, Ca, Mm und Sr enthaltenden Mg-Legierungen zu verringern. Die
6 zeigt den Einfluss des Ca-Gehaltes auf die Korrosionsrate und die minimale Kriechrate. Die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, die durch die Verringerung des Ca-Gehaltes erzielt wurde, scheint nicht so ausgeprägt zu sein wie bei den Legierungen, die kein mM ent halten. Daraus ergibt sich, dass Mm einen großen Einfluss auf die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit hat. - Die
7 zeigt den Einfluss des Sr-Gehaltes auf die Korrosionsrate und die minimale Kriechrate bei Al, Ca, Mm und Sr enthaltenden Mg-Legierungen. Sowohl die Korrosionsbeständigkeit als auch die Kriecheigenschaften werden besser bis zu einem Sr-Gehalt von nicht höher als 100 ppm und nehmen dann mit steigendem Sr-Gehalt ab. Außerdem wurde der angestrebte Wert für die Korrosionsrate von 0,1 mg/cm2/Tag erreicht, wenn der Sr-Gehalt 100 ppm betrug. - Die
8 zeigt die 0,2 %-Dehngrenze (Umformungs-Festigkeit) und die Zugfestigkeit, die bei den Zugtests bei erhöhten Temperaturen mit einer erfindungsgemäßen Legierung ermittelt wurden, die 6 Massenprozent Al, 3 maß Ca, 0,5 Massenprozent Mm, 0,01 Massenprozent Sr und 0,2 Massenprozent Mn enthielt, bei der es sich um die beste Legierung in bezug auf die Korrosionsbeständigkeit und Kriecheigenschaften handelt. Was die 0,2 %-Dehngrenze angeht, so ist die Legierung in bezug auf diese Eigenschaft bei allen Temperaturen derjenigen von AE42 überlegen. Was die Zugfestigkeit angeht, so ist die Legierung AE42 bei Raumtemperatur überlegen, bei der erfindungsgemäßen Legierung ist jedoch bis zu einer Temperatur von 423K eine Abnahme der Festigkeit kaum erkennbar. - Die
9 zeigt die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Spritzgeschwindigkeit und der Füllungsrate bei Mm enthaltenden Legierungen, die kein Sr enthalten. Die 0,1 Massenprozent Mm enthaltende Legierung (ACaE6301) weist eine ausgezeichnete Formbarkeit auf. Wenn jedoch der Mm-Gehalt 0,5 Massenprozent übersteigt (AcaE6305), nimmt die Formbarkeit als Folge des zunehmenden Mm-Gehaltes ab. - Die
10 zeigt die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Spritzgeschwindigkeit und der Füllungsrate bei erfindungsgemäßen Sr enthaltenden Legierungen. Die10 zeigt außerdem das Ergebnis der Legierung AM60B, die eine bereits bekannte Vergleichs-Legierung darstellt. Es wurde gefunden, dass die Verschlechterung der Formbarkeit, hervorgerufen durch die Zugabe von Mm in einer Menge von mehr als 0,5 Massenprozent, durch die Zugabe von Sr verbessert wurde (erfindungsgemäße Legierung: ACaESr6305100p) und dass eine Formbarkeit erhalten werden konnte, die gleich derjenigen der Legierung AM60B war. Außerdem wurde der Test auch mit der Legierung AE42 unter ähnlichen Bedingungen durchgeführt, die Formgebung war jedoch schwierig und es konnte daher keine Beurteilung vorgenommen werden. - Die Daten über das Metallspritzgießverfahren sind in den Beispielen angegeben. Wenn jedoch der Anteil der festen Phase vor dem Spritzen 50 % oder weniger beträgt, wodurch eine gute Formbarkeit gewährleistet werden kann, können die erfindungsgemäßen Legierungen auch in einem anderen Hochdruck-Gießverfahren, beispielsweise in einem Druckgieß- oder Pressgieß-Verfahren angewendet werden.
- Außerdem wurde Mm in den Beispielen als Element der Seltenen Erden verwendet. Es braucht nicht darauf hingewiesen zu werden, dass die erfindungsgemäß verwendbaren Elemente der Seltenen Erden nicht auf die Form von Mm beschränkt sind.
- Wie vorstehend beschrieben, wird erfindungsgemäß eine Magnesiumlegierungen bereitgestellt, die enthält 5 bis 7 Massenprozent Al, 2 bis 4 Massenprozent Ca, 0,1 bis 0,8 Massenprozent Mn, 0,001 bis 0,05 Massenprozent Sr und 0,1 bis 0,6 Massenprozent Elemente der Seltenen Erden, wobei der Rest der Magnesiumlegierung aus Mg und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht und ein zulässiger Gehalt an jedem der Elemente Si, Zn, Cu, Ni, Fe und Cl der unvermeidlichen Verunreinigungen festgelegt wird, wobei der Si-Gehalt nicht mehr als 0,01 Massenprozent, der Zn-Gehalt nicht mehr als 0,01 Massenprozent, der Cu-Gehalt nicht mehr als 0,008 Massenprozent, der Ni-Gehalt nicht mehr als 0,001 Massenprozent, der Fe-Gehalt nicht mehr als 0,004 Massenprozent und der Cl-Gehalt nicht mehr als 0,003 Massenprozent betragen dürfen. Die Legierung kann daher für den Bau von Transport-Vorrichtungen, wie z.B. Automobilteilen verwendet werden, die korrosionsbeständig und wärmebeständig sein müssen und die mit den konventionellen Legierungen schwierig herzustellen waren. Das Gewicht einer Automobil-Karosserie kann somit vermindert werden, sodass der Treibstoffverbrauch verringert werden kann, wodurch zu einer Vermeidung der globalen Erwärmung beigetragen werden kann. Außerdem können die erfindungsgemäßen Legierungen und Legierungs-Formkörper auch auf anderen Gebieten verwendet werden, beispielsweise für Haushaltsgeräte, die wärmebeständig sein müssen.
Claims (2)
- Magnesiumlegierung mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit und Wärmebeständigkeit, sie enthält in Massenprozent: Al: 5 % bis 7 %, Ca: 2 % bis 4 %, Mn: 0,1 % bis 0,8 %, seltene Erden: 0,1 % bis 0,6 %, wobei der Rest der Magnesiumlegierung aus Mg und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung ferner Sr: 0,001 % bis 0,05 % enthält, und dass der zulässige Gehalt an jeder der unvermeidlichen Verunreinigungen Si, Zn, Cu, Ni, Fe und Cl so eingestellt ist, dass der Si-Gehalt nicht mehr als 0,01 %, Zn-Gehalt nicht mehr als 0,01 %, Cu-Gehalt nicht mehr als 0,008 %, Ni-Gehalt nicht mehr als 0,001 %, Fe-Gehalt nicht mehr als 0,004 %, und Cl-Gehalt nicht mehr als 0,003 % beträgt.
- Magnesiumlegierungs-Formkörper mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit und Wärmebeständigkeit nach Anspruch 1, dadurch hergestellt, dass die geschmolzene Legierung durch Anwendung eines Hochdruck-Gießvertahrens in einem halbfesten Zustand, wobei der Anteil der festen Phase 50 % oder weniger beträgt, in eine Form eingespritzt wird.
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