DE10251663A1 - Magnesiumlegierung - Google Patents

Abstract

Eine Magnesiumlegierung, insbesondere zum Druckgießen des Kurbelgehäuses oder Getriebegehäuses eines Kraftfahrzeuges, weist 4-9 Gewichts-% Aluminium, 0,5-4 Gewichts-% Strontium und 0,03-2,5 Gewichts-% Barium auf.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnesiumlegierung. Magnesiumlegierungen, die Aluminium enthalten, werden zum Gießen unterschiedlichster Bauteile verwendet. Um ihre Kriech- und Warmzugfestigkeit zu erhöhen, werden als weitere Legierungsbestandteile Calcium, Strontium und Selten-Erdelemente zugesetzt.
• So ist aus US 6,322,644 eine Magnesiumlegierung bekannt, die 2–9 % Aluminium und 0,5 – 7 % Strontium enthält, ferner gegebenenfalls bis 0,60 % Mangan und bis 0,35 Zink.
• Allerdings sind die Gusseigenschaften der bekannten Legierung noch nicht zufriedenstellend, d. h. sie besitzt eine zu hohe Warmrissneigung und ein zu hohes Volumendefizit. Auch lässt die Kriech- und Warmzugfestigkeit der bekannten Legierung noch zu wünschen übrig.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine hinsichtlich ihrer Kriech-, Warmzug- und Gießeigenschaften verbesserte Magnesiumlegierung bereitzustellen.
• Dies wird erfindungsgemäß durch eine Legierung auf Magnesiumbasis errreicht, die 4 – 9, vorzugsweise 5 – 8, insbesondere 5,6 – 6,4 Gewichts-% Aluminium, 0,5 – 4, vorzugsweise 1,5 – 3,5, insbesondere 2,0 – 2,6 Gewichts-% Strontium und 0,03 – 2,5, vorzugsweise 0,1 – 1,5, insbesondere 0,2 – 1 Gewichts-% Barium enthält.
• Al erhöht die Festigkeit und Härte von Mg. Während bei einem Aluminiumgehalt von weniger als 4 % sich durch die hohe Viskosität die Gießbarkeit der Legierung verschlechtert, treten bei einem Aluminiumgehalt von über 9 % Phasen auf, die zu einer Versprödung führen.
• Die Kombination der Legierungselemente Aluminium, Strontium und Barium in den o. a. Mengen führt zu einer deutlichen Verbesserung der Kriech-, Warmzug- und Gießeigenschaften der Legierung. Bei einem Strontiumgehalt von weniger als 0,5 % und einem Bariumgehalt von weniger als 0,03 % ist jedoch keine spürbare Erhöhung dieser Eigenschaften mehr festzustellen. Demgegenüber führt ein Strontiumgehalt von mehr als 4 % und ein Bariumgehalt von mehr als 2,5 % zu einer deutlichen Verschlechterung der Gießbarkeit.
• Eisen, Kupfer und Nickel führen zu einer deutlichen Herabsetzung der Korrosionsfestigkeit. Andererseits sind geringe Fe-, Cu- und Ni-Gehalte in Magnesiumlegierungen meist als unvermeidbare Verunreinigungen enthalten.
• Vorzugsweise liegt der Fe-Gehalt jedoch bei maximal 0,004 %, der Cu-Gehalt bei maximal 0,01 % und der Ni-Gehalt bei maximal 0,001%
• Zudem kann die erfindungsgemäße Legierung 0 – 0,3 % Zink und 0 – 0,60 % Mangan enthalten. Zink führt in Kombination mit Al zur Erhöhung der Festigkeit. Zudem kann die Legierung maximal 0,05 % Silizium enthalten.
• Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Legierung also folgende Zusammensetzung in Gewichts-% auf:
  Al 4 – 9
  Sr 0,5 – 4
  Ba 0,03 – 2,5
  Zn max. 0,30
  Mn max. 0,60
  Si max. 0,05
  Fe > 0,004
  Cu > 0,01
  Ni > 0,001
  Rest Mg und herstellungsbedingte Verunreinigungen.
• Die erfindungsgemäße Legierung weist eine hohe Kriechfestigkeit und Warmzugfestigkeit auf. Zudem besitzt sie hervorragende Gießeigenschaften. So wurde mit Computertomographie ein sehr geringes Volumendefizit in den gegossenen Bauteilen festgestellt. Auch besitzt sie eine deutliche reduzierte Warmrissneigung.
• Die erfindungsgemäße Legierung ist insbesondere für den Druckguss geeignet. Sie kann jedoch auch in anderen Gießverfahren eingesetzt werden, insbesondere auch im Sandguss oder Kokillenguss.
• Die erfindungsgemäße Legierung ist vor allem für Kraftfahrzeugkomponenten geeignet, insbesondere im Antriebsstrang, beispielsweise für das Zylinderkurbelgehäuse einer flüssig gekühlten Brennkraftmaschine oder für das Getriebegehäuse.
• Das nachstehende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.
• Beispiel:
• Einer handelsüblichen AM60-Legierung (4,6 – 5,4 % A1; 0,26 – 0,50 % Mn; max. 0,20 % Zn; max. 0,05 % Si; max. 0,008 Cu; max. 0,001 % Ni; max. 0,004 % Fe; Rest Mg) wurden mit einer Ba/Al-Vorlegierung (50 % Ba; 50 % Al) und mit Strontium-Metall (99,99 %) die übrigen Legierungsbestandteile so zulegiert, dass eine Legierung mit der nachstehenden Zusammensetzung erhalten wurde:
  Al 5,6 – 6,4 Gewichts-%
  Sr 2,1 – 2,5 Gewichts-%
  Ba 0,2 – 1,0 Gewichts-%
  Mn 0,3 – 0,4 Gewichts-%
  Rest Magnesium
• Zur Durchführung der Warmzugfestigkeitsversuche wurden aus der Legierung Zugproben nach DIN 50125-B6x30 hergestellt. Die Warmzugfestigkeit wurde bei der Prüftemperatur 100°C und 150°C mit jeweils drei Proben bestimmt. Bei 100°C beträgt die Zugfestigkeit 290 MPa, bei 150°C 163 MPa, die 0,2 % Dehn-Grenze beträgt bei 100°C 131 MPa und bei 150°C 108 Mpa.
• Demgegenüber weist die handelsübliche Magnesiumlegierung AM60 mit 4,6 – 5,4 % Al und den angegebenen weiteren Bestandteilen in den angegebenen Mengen (jedoch ohne Barium und ohne Strontium) eine Zugfestigkeit von 200 MPa bei 100°C und 150 MPa bei 150°C und eine 0,2 % Dehn-Grenze bei 100°C von 120 MPa und bei 150°C von 70 MPa auf.
• Die Kriechdehnungsmessung wurde nach DIN EN10291 an Zeitstandproben ohne Wärmebehandlung mit einem Durchmesser von 6 mm und einer parallelen Messlänge von 25 mm durchgeführt. Das Spannungsniveau liegt bei 50 MPa, die Prüftemperatur bei 150°C. Bei einer Prüfdauer von 120 Stunden wurde eine Kriechdehnung von 0,14 % gemessen. Demgegenüber beträgt die Kriechdehnung bei der erwähnten handelsüblichen Magnesiumlegierung ohne Barium und ohne Strontium unter den gleichen Bedingungen nach einer Prüfdauer von 120 Std. 2,2 %.

Claims (5)

1. Legierung auf Magnesiumbasis, enthaltend in Gewichts-%: Aluminum 4 – 9 Strontium 0,5 – 4 Barium 0,03 – 2,5
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Alumiumgehalt 5 – 8 Gewichts-% beträgt.
3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strontiumgehalt 1,5 – 3,5 Gewichts-% beträgt.
4. Legierung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bariumgehalt 0,2 – 1,5 Gewichts-% beträgt.
5. Verwendung der Legierung nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Druckgießen des Kurbelgehäuses oder Getriebegehäuses eines Kraftfahrzeuges.