DE1067604B

DE1067604B - Magnesium-Zink-Zirkonium-Legierung

Info

Publication number: DE1067604B
Application number: DEM17939A
Authority: DE
Inventors: Alfred Claude Jessup
Original assignee: Magnesium Elektron Ltd
Current assignee: Magnesium Elektron Ltd
Priority date: 1952-04-22
Filing date: 1953-03-27
Publication date: 1959-10-22

Description

Magnesium-Zink-Zirkonium-Legierung Die Erfindung betrifft eine Magnesium-Legierung, welche Zirkonium, Zink und Thorium enthält. Eine bekannte Magnesium-Zirkonium-Legierung (schweizerische Patentschrift 211147) kann noch Thorium und Zink enthalten, aber die Menge an Zink und Thorium muß kleiner sein als diejenige Menge, die in fester Lösung in der Legierung aufgenommen werden kann. Auch darf in dieser bekannten Legierung die Menge der Legierungsbildner nicht hinreichen, um eine merkbare Vergrößerung des Erstarrungsintervalls der Magnesium-Zirkonium-Legierung zu bewirken. Bei diesen Legierungen soll das Auftreten einer geringen Mikroporosität verhindert werden.
Eine andere vorgeschlagene, jedoch nicht zum Stand der Technik gehörende Legierung (deutsches Patent 957 263) besteht aus 0,1 bis 13,'9'°/o Zirkonium, 0,5 bis 5"/o Zink, 1 bis 6"/o. Thorium, Rest Magnesium. Sie besitzt im Gußzustand bei erhöhter Temperatur einen hohen Kriechwiderstand und bei Zimmertemperatur mittlere Festigkeitseigenschaften.
Gegenstand der Erfindung ist eine Magnesium-Zink-Zirkonium-Thorium-Legierung, welche kaum eine Mikroporosität aufweist und einen hohen Kriechwiderstand und eine hohe Zugfestigkeit bei Zimmertemperatur besitzt. Auch ist die Schweißbarkeit dieser Legierung gut. Diese Eigenschaften werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Legierung aus über 5 bis 6,5"/o, Zink, mindestens 0,5% Thorium, 0,5 bis 0,9% Zirkonium und Magnesium als Rest besteht, mit der Maßgabe, daß die Menge des Zinks und des Thoriums größer ist, als sie in fester Lösung in der Legierung enthalten sein kann, daß mindestens 0,5 "/o Zirkonium in der Legierung gelöst sind und das Verhältnis vom Thorium zum Zink zwischen 3,5 :10 und 1 : 10 ist. Eine besonders zweckmäßige Legierung besteht aus 5,5 bis 60/0. Zink, 1,6 bis 1,9"/a Thorium, 0,6 bis 0,9"/a Zirkonium, mit der Maßgabe, daß mindestens 0,6 % Zirkonium in der Legierung gelöst sind und als Rest aus Magnesium. Auch kann die Legierung noch zusätzlich eins oder mehrere der nachstehend aufgeführten Elemente enthalten in einer Menge von bis zu 0,01% Beryllium, bis zu 0,20/a Calcium, bis zu 1% Silber, bis zu 1 "/o Kupfer, bis zu 1 "/o Quecksilber, bis zu 10/" Blei, bis zu 1% Thallium, bis zu 1% Lithium.
Nach einem bereits gemachten, jedoch nicht zum Stande der Technik gehörenden Vorschlag (deutsches Patent 932 987) werden gute Festigkeitseigenschaften bei höheren Temperaturen, insbesondere günstige Dauerstandfestigkeitseigenschaften bei einer Magnesium-Legierung, dadurch erreicht, daß Magnesium mit 0,1 bis 12"/o Thorium, 0,1 bis 2°/a Zirkonium und bis zu 10"/o Zink legiert wird. Jedoch darf in dieser Legierung Zink nur in einer so begrenzten Menge vorhanden sein, daß es im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand nicht als ausgefällter Legierungsbestandteil auftritt.
Im Vergleich zu dieser vorgeschlagenen Legierung besitzt die Legierung gemäß der Erfindung außerordentlich hohe Festigkeitswerte bei Zimmertemperatur.
Die Legierungen der Erfindung besitzen eine Zugfestigkeit, welche größer ist als diejenige der bekannten oder bereits vorgeschlagenen Magnesium-Legierungen. Es ist an sich überraschend, daß durch den hohen Thoriumgehalt der Legierung eine hohe Zugfestigkeit der Raumtemperatur erhalten wird, denn es ist an sich bekannt, daß durch Anwesenheit von Seltenen Erdmetallen in Magnesium-Zirkonium-Zink-Legierungen trotz einer Verbesserung des Kriechwiderstandes eine Verminderung der Zugfestigkeit eintritt. Daher mußte erwartet werden, daß trotz Verbesserung des Kriechwiderstandes eine Verminderung der Zugfestigkeit bei Raumtemperatur auftreten würde, wenn Thorium in der beanspruchten Menge der Magnesium-Zink-Zirkonium-Legierung zugesetzt würde. Im Gegensatz zu dieser Erwartung ist es aber so, daß ein Gußstück aus einer Legierung gemäß Erfindung eine Zugfestigkeit aufweist, wie sie bekannte Magnesium-Legierungen nicht besitzen. Das Erstarrungsintervall einer Legierung gemäß Erfindung überschreitet beträchtlich 100° C, während das Erstarrungsintervall der binären Magnesium-Zirkonium-Legierung 5° C kaum überschreitet. Das charakteristische Fehlen der Mikroporosität zeigt sich besonders bei dem Gewichtsverhältnis von Thorium zu Zink zwischen 0,15 und 0,35. Bei einem solchen Verhältnis unter 0,15 ist das Fehlen von Mikroporosität weniger ausgeprägt, und bei einem Verhältnis unter 0,1 läßt sich Mikroporosität bei großen Gußteilen mit dickem Querschnitt schwerlich vermeiden.
Die Legierungen, bei welchen T horium und Zink in einem Gewichtsverhältnis zwischen 0,25 und 0,35 stehen, lassen sich ohne Rißbildung leicht schweißen.
Es hat sich außerdem gezeigt, daß die Legierungen, in denen Thorium und Zink in einem Gewichtsverhältnis zwischen 0,3 und 0,35 stehen, in einem bevorzugten Maße die Vorzüge der Schweißbarkeit, hohen Zugfestigkeit und des Fehlens von Mikroporosität vereinen, was sie für die Herstellung von großen und komplizierten Sandgußstücken besonders geeignet macht. Diese Legierungen, bei denen Thorium zu Zink in einem Gewichtsverhältnis von 0,3 zu 0,35 steht, weisen außerdem im Gußzustand einen Kriechwiderstand bei erhöhter Temperatur, z. B. bis zu 250° C auf, der größer ist als bei irgendeiner anderen, bis jetzt bekannten Legierung von ähnlicher Zugfestigkeit.
Die Legierungen, bei denen Thorium zu Zink in einem Gewichtsverhältnis von 0,25 zu 0,35 steht, eignen sich besonders für die Herstellung von großen Gußstücken. So können Gußstücke, die fertig bearbeitet mindestens 25 kg wiegen und Wanddicken von wenigstens 12 mm haben, nach den üblichen Gießverfahren ohne Auftreten von Mikroporosität, mit guter Schweißbarkeit und einer durchschnittlichen Streckgrenze (0,1%) von mindestens 12,5 kg/mm2, sowie einer durchschnittlichen Dehnung von mindestens 8% hergestellt werden. Diese Werte werden an gesunden, aus Gußteilen ausgeschnittenen Prüfstäben erreicht. Eine besonders wichtige Anwendung solcher Gußstücke sind Flugzeugräder, für die solche Eigenschaften speziell wünschenswert sind. Besonders günstige Eigenschaften zeigen folgende Legierungen: Zink ............... 5,5 bis 6,0% Thorium ........... 1,6 bis 1,9% Zirkonium .......... 0,6 bis 0,9% wovon wenigstens 0,6°/o in der Legierung gelöst sind Magnesium ......... Rest Die nachstehenden, als Beispiel aufgeführten Eigenschaften wurden an Prüfstäben in Übereinstimmung mit British Standard Specification L.101, Abb.1, nach 2stündiger Wärmebehandlung bei 330° C und anschließender 16stündiger Behandlung bei 180° C ermittelt.

Bei diesen drei Legierungen zeigte sich praktisch keine Mikroporosität und eine stark verminderte Neigung zu Warmrissen, die viel geringer ist als bei den bisher bekannten Mg-Zn-Zr-Legierungen. Der günstigste Zinkgehalt liegt bei über 5 bis 6,5 ",'o. Bei diesen Gehalten sind besonders gute Eigenschaften erreichbar.
Die erfindungsgemäß zusammengesetzten Legierungen besitzen eine höhere Kriechgrenze bei erhöhten Temperaturen als die bekannten Magnesium-Zink-Zirkonium-Legierungen.
Die Legierungen mit einer Zusammensetzung gemäß der Erfindung weisen auch eine gute Dauerfestigkeit, guten Korrosionswiderstand und gute Vergiefibarkeit auf.
Von dem Zirkoniumgehalt der Legierung gemäß Erfindung müssen mindestens 0,5°/o gelöst sein. Die in der Legierung gelöste Menge von Zirkonium ist gleich der Menge, die zusammen mit Magnesium und Zink in einer wäßrigen Salzsäurelösung, bestehend aus 10 cm3 H Cl (spezifisches Gewicht 1,16) und 20 cm3 Wasser pro Gramm Legierung, lösbar ist.
Die Legierungen gemäß der Erfindung können einer Lösungsglühung mit nachfolgender Aushärtung unterworfen werden, z. B. einer 2- bis 24stündigen Behandlung bei einer Temperatur von 400 bis 500° C mit nachfolgender 10- bis 48stündiger Wärmebehandlung bei 100 bis 300° C. Zweckmäßig wird jedoch eine Behandlung bis 5 Stunden bei 300 bis 350° C und anschließend 10 bis 24 Stunden bei 150 bis 250° C vorgezogen. Auch können die Legierungen gegebenenfalls nur einer bestimmten Temperatur ausgesetzt werden. In diesem Falle sind 175 bis 325° C für 10 bis 24 Stunden ausreichend.
Die Legierungen gemäß der Erfindung zeigen nicht nur ausgezeichnete Eigenschaften im Gußzustand, sondern auch im knetverformten Zustand. Gepreßte Stangen von 18 mm Durchmesser aus einer Legierung, welche aus 5,7% Zink, 1,8'°/o Thorium, 0,7°/o Zirkonium und Magnesium als Rest besteht, haben z. B. nachstehende Eigenschaften:

Gewalzte Bleche von etwa 1,2 mm Stärke, bestehend aus einer Legierung von 5,7"/o Zink, 1,6% Thorium, 0,7°/o Zirkonium, Rest Magnesium, ergaben nach Prüfung folgende Werte:

Alle ersuchten Legierungen besitzen einen Kriechwiderstand bei erhöhter Temperatur, der größer ist als bei irgendeiner anderen derartigen bekannten Magnesium-Legierung, die bei Raumtemperatur etwa gleiche mechanische Eigenschaften aufweist, oder sogar bei solchen, die sich bezüglich der Streckgrenze, der Zugfestigkeit und der Dehnung denjenigen der erfindungsgemäßen Legierung nähern.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Magnesium-Zink-Zirkonium-Thorium-Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus über 5 bis 6,50/a Zink, mindestens 0,5'0/a Thorium, 0,5 bis 0,9% Zirkonium und Magnesium als Rest besteht, mit der Maßgabe, daß die Menge des Zinks und des Thoriums größer ist, als sie in fester Lösung in der Legierung enthalten sein kann, daß mindestens 0,5% Zirkonium in der Legierung gelöst sind und das Gewichtsverhältnis vom Thorium zum Zink zwischen 3,5: 10 und 1 : 10 ist.
2. Magnesium-Zink-Zirkonium-Thorium-Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 5,5 bis 6% Zink, 1,6 bis 1,9% Thorium, 0,6 bis 0,9'°/o Zirkonium und Magnesium als Rest besteht, mit der Maßgabe, daß mindestens 0,6% Zr in der Legierung gelöst sind.
3. Magnesium-Zink-Zirkonium-Thorium-Legierung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem noch eins oder mehrere der nachfolgenden Elemente in den angegebenen Mengen enthält: bis zu 0,0110/a Beryllium, bis zu 0,20/a Calcium, bis zu 1% Silber, bis zu 1% Kupfer, bis zu 1% Quecksilber, bis zu 1% Blei, bis zu 1% Thallium, bis zu 1% Lithium. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 806 055, 932 987, 957 263; schweizerische Patentschrift Nr. 211147.