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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.
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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.
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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.
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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.
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Im Vergleich zu dieser vorgeschlagenen Legierung besitzt die Legierung
gemäß der Erfindung außerordentlich hohe Festigkeitswerte bei Zimmertemperatur.
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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.
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Die Legierungen, bei welchen T horium und Zink in einem Gewichtsverhältnis
zwischen 0,25 und 0,35 stehen, lassen sich ohne Rißbildung leicht schweißen.
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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.
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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.
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Die erfindungsgemäß zusammengesetzten Legierungen besitzen eine höhere
Kriechgrenze bei erhöhten Temperaturen als die bekannten Magnesium-Zink-Zirkonium-Legierungen.
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Die Legierungen mit einer Zusammensetzung gemäß der Erfindung weisen
auch eine gute Dauerfestigkeit, guten Korrosionswiderstand und gute Vergiefibarkeit
auf.
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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.
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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.
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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.