DE112007001169T5

DE112007001169T5 - Legierungen auf Magnesiumbasis mit hoher Festigkeit/Duktilität für konstruktive Anwendungen

Info

Publication number: DE112007001169T5
Application number: DE112007001169T
Authority: DE
Inventors: Aihua A. Troy Luo; Anil K. Rochester Hills Sachdev
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2027-05-17
Also published as: US9593396B2; DE112007001169B4; CN101448964B; WO2007137052A3; US20070269337A1; WO2007137052A2; CN101448964A

Abstract

Konstruktionslegierung auf Magnesiumbasis, die bezogen auf das Gewicht im Wesentlichen aus etwa 0,5% bis etwa 3,5% Zinn, nicht weniger als 6,5% bis etwa 9% Aluminium, etwa 0,25% bis etwa 0,6% Mangan und bis zu etwa 0,22% Zink besteht, wobei der Rest im Wesentlichen insgesamt Magnesium mit Spurenmengen an Silizium, Kupfer, Nickel, Eisen und anderen gewöhnlich vorhandenen Elementen ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet von für konstruktive Zwecke geeigneten Legierungen und insbesondere eine zinnhaltige Legierung auf Magnesium-Aluminium-Mangan-(Mg-Al-Mn)-Basis. Die Legierungszusammensetzung sieht eine erwünschte Kombination aus Festigkeit und Duktilität vor.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Derzeit existieren zwei Hauptlegierungssysteme für Kraftfahrzeuggussanwendungen, nämlich Mg-Al-Zn (AZ) und Mg-Al-Mn (AM). AZ91 (Mg-9%Al-1%Zn) wird bei vielen nicht konstruktiven Komponenten sowie Niedertemperaturkomponenten verwendet, bei denen Festigkeit erwünscht ist, wie Halterungen, Abdeckungen, Verkleidungen und Gehäuse; wodurch im Wesentlichen dieselbe Funktionalität mit signifikanten Masseneinsparungen im Vergleich zu Stahl, Gusseisen oder Aluminiumlegierungen bereitgestellt wird. Für konstruktive Anwendungen, wie Träger für Armaturenbretter, Lenksysteme sowie Kühlerträger, bei denen ein Aufprallenergieaufnahmevermögen wichtig ist, bieten AM50 (Mg-5%Al-0,3%Mn) oder AM60 (Mg-6%Al-0,3%Mn) einmalige Vorteile aufgrund ihrer höheren Duktilität (10–15% Elongation) und höheren Schlagfestigkeit im Vergleich zu einer Spritzguss-Magnesiumlegierung AZ91 oder Aluminiumlegierung A380, jedoch auf Kosten der Festigkeit.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung sieht Vorteile und Alternativen gegenüber dem Stand der Technik durch Bereitstellung einer zinnhaltigen Legierung auf Magnesium-Aluminium-Mangan-(Mg-Al-Mn)-Basis vor, die eine gewünschte Kombination aus Festigkeit und Duktilität bereitstellt, so dass sie für konstruktive Anwendungen besonders geeignet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, die einen Teil der Offenlegung hier bilden und zusammen mit der allgemeinen Beschreibung oben und der detaillierten Beschreibung, die nachfolgend dargelegt ist, dazu dienen, Konzepte der Erfindung zu erläutern, in welchen:
1 und 2 jeweils die Wirkung des Aluminiumgehaltes auf die Zugeigenschaften von Mg-Al-Mn-Legierungen im Gusszustand und nach einer Wärmebehandlung über 5 Stunden bei 232°C zeigen; und
3 die Wirkung von Sn-Zusätzen auf die Zugeigenschaften einer Mg-Al-Mn-Legierung zeigt.
Während Ausführungsformen und Praktiken gemäß der Erfindung oben gezeigt und allgemein beschrieben worden sind und nachfolgend in Verbindung mit bestimmten potenziell bevorzugten Vorgehensweisen und Praktiken beschrieben werden, sei zu verstehen, dass die Erfindung auf keinen Fall auf derartige gezeigte und beschriebene Ausführungsformen, Vorgehensweisen und Praktiken beschränkt sein soll. Im Gegensatz dazu ist beabsichtigt, dass sich die vorliegende Erfindung auf alle Alternativen und Abwandlungen erstrecken soll, die von den Grundsätzen dieser Erfindung innerhalb der wahren Grundidee und des wahren Schutzumfangs derselben umschlossen sind.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun Bezug nehmend auf die Zeichnungen zeigt 1 die Wirkung des Aluminiumgehalts auf die Zugeigenschaften von Mg-Al-Mn-Legierungen im Gusszustand. 2 zeigt die Wirkung des Aluminiumgehaltes auf die Zugeigenschaften von Mg-Al-Mn-Legierungen nach einer Wärmebehandlung über 5 Stunden bei 232°C. Wie gezeigt ist, steigen die absolute Zugspannung bzw. -festigkeit (UTS von Ultimate Tensile Strength) und Streckgrenze mit dem Al-Gehalt, während eine Elongation (d. h. Duktilität) abnimmt. Es wird davon ausgegangen, dass ein Zusatz von etwa 6,5–9% Al ein gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität für konstruktive Anwendungen bereitstellt.
Um die Wirkung eines Sn-Zusatzes auf die Festigkeit und Duktilität zu bewerten, wurde eine Basis-Mg-Al-Mn-Legierung mit progressiv zunehmenden Mengen an Sn-Zusatz verwendet. Genauer war die Basislegierung AM70 mit einer Zusammensetzung, wie in der folgenden Tabelle dargelegt ist:

Legierung* Al Mn Zn Si Cu Fe Ni

AM70 6,8 0,21 0,03 < 0,05 < 0,003 < 0,005 < 0,003

Die Ergebnisse des Sn-Zusatzes zu dieser Legierung sind in 3 dargelegt. Es wurde gezeigt, dass ein Sn-Zusatz von 1 bis 3% eine Erhöhung der Streckgrenze (11–15%) und der absoluten Zugspannung (32 bis 37%) ohne wesentlichen Verlust an Duktilität bewirkt. Ein möglicher gewünschter Bereich für Sn-Zusätze, um vorteilhafte Ergebnisse einer erhöhten Festigkeit ohne wesentlichen Verlust an Duktilität zu erreichen, liegt zwischen etwa 0,5 bis etwa 3,5%. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wird davon ausgegangen, dass eine Mg-Al-Mn-Legierung mit der folgenden Zusammensetzung erwünschte Leistungsvorteile bereitstellen kann.

Mg:	Rest
Al:	etwa 6,5 bis etwa 9% (bevorzugt etwa 6,8 bis etwa 9%)
Sn:	etwa 0,5 bis etwa 3,5% (bevorzugt etwa 0,9 bis etwa 3%)
Mn:	etwa 0,25 bis etwa 0,6%
Zn:	0,22% maximal
Si:	0,01% maximal
Cu:	0,01% maximal
Ni:	0,002% maximal
Fe:	0,002% maximal
Andere:	0,02% maximal

Beispiele
Nur beispielhaft und ohne Beschränkung kann die Erfindung ferner durch Bezugnahme auf die folgenden nicht beschränkenden beispielhaften Legierungszusammensetzungen verständlich werden, wie in Tabelle 1 unten dargestellt ist. Tabelle 1. (Gew.-%) von Mg-Al-Mn-Legierungen mit Sn-Legierungszusätzen

Legierung Al Mn Sn Fe Cu Ni

1 6,9 0,26 0,9 < 0,003 < 0,003 < 0,003

2 6,9 0,25 1,9 < 0,003 < 0,003 < 0,003

3 6,8 0,27 3,0 < 0,003 < 0,003 < 0,003

Mg – Rest

Es sei zu verstehen, dass, während die vorliegende Erfindung in Verbindung mit potenziell bevorzugten Ausführungsformen, Konstruktionen und Vorgehensweisen gezeigt und beschrieben worden ist, derartige Ausführungsformen, Konstruktionen und Vorgehensweisen nur veranschaulichend sind, und dass die vorliegende Erfindung in keinem Fall auf diese beschränkt ist. Vielmehr wird erwogen, dass dem Fachmann zweifellos Abwandlungen und Variationen, die die Grundsätze der vorliegenden Erfindung verkörpern, offensichtlich werden.
Zusammenfassung
Zinnhaltige Legierung auf Magnesium-Aluminium-Mangan-(Mg-Al-Mn)-Basis, die eine erwünschte Kombination aus Festigkeit und Duktilität bereitstellt, um so für konstruktive Anwendungen besonders geeignet zu sein. Die Legierung umfasst Magnesium, Aluminium und Mangan in Kombination und etwa 0,5% bis etwa 3,5% Zinn. Der Zinnzusatz verbessert die Festigkeit ohne wesentlichen Verlust an Duktilität.

Claims

Konstruktionslegierung auf Magnesiumbasis, die bezogen auf das Gewicht im Wesentlichen aus etwa 0,5% bis etwa 3,5% Zinn, nicht weniger als 6,5% bis etwa 9% Aluminium, etwa 0,25% bis etwa 0,6% Mangan und bis zu etwa 0,22% Zink besteht, wobei der Rest im Wesentlichen insgesamt Magnesium mit Spurenmengen an Silizium, Kupfer, Nickel, Eisen und anderen gewöhnlich vorhandenen Elementen ist.
Legierung nach Anspruch 1, wobei Zinn in einer Höhe von etwa 0,8% bis etwa 1,5% vorhanden ist.
Legierung nach Anspruch 2, wobei Aluminium in einer Höhe von nicht weniger als etwa 6,8% bis etwa 8% vorhanden ist.
Legierung nach Anspruch 2, wobei Aluminium in einer Höhe von etwa 8% bis etwa 9% vorhanden ist.
Legierung nach Anspruch 1, wobei Zinn in einer Höhe von etwa 1,6% bis etwa 2,5% vorhanden ist.
Legierung nach Anspruch 5, wobei Aluminium in einer Höhe von nicht weniger als etwa 6,8% bis etwa 8% vorhanden ist.
Legierung nach Anspruch 5, wobei Aluminium in einer Höhe von etwa 8% bis etwa 9% vorhanden ist.
Legierung nach Anspruch 1, wobei Zinn in einer Höhe von etwa 2,6% bis etwa 3,5% vorhanden ist.
Legierung nach Anspruch 8, wobei Aluminium in einer Höhe von nicht weniger als etwa 6,8% bis etwa 8% vorhanden ist.
Legierung nach Anspruch 8, wobei Aluminium in einer Höhe von etwa 8% bis etwa 9% vorhanden ist.
Konstruktionslegierung auf Magnesiumbasis, die bezogen auf das Gewicht im Wesentlichen aus etwa 0,8% bis etwa 3,2% Zinn, nicht weniger als 6,5% bis etwa 9% Aluminium, etwa 0,25% bis etwa 0,6% Mangan, bis zu etwa 0,22% Zink, bis zu etwa 0,01% Silizium, bis zu etwa 0,01% Kupfer, bis zu etwa 0,002% Nickel und bis zu etwa 0,002% Eisen besteht, wobei der Rest im Wesentlichen insgesamt Magnesium mit Spurenmengen gewöhnlich vorhandener Elementen ist.
Legierung nach Anspruch 11, wobei Zinn in einer Höhe von etwa 0,8% bis etwa 1,5% vorhanden ist.
Legierung nach Anspruch 12, wobei Aluminium in einer Höhe von nicht weniger als etwa 6,8% bis etwa 8% vorhanden ist.
Legierung nach Anspruch 12, wobei Aluminium in einer Höhe von etwa 8% bis etwa 9% vorhanden ist.
Legierung nach Anspruch 11, wobei Zinn in einer Höhe von etwa 1,6% bis etwa 2,5% vorhanden ist.
Legierung nach Anspruch 15, wobei Aluminium in einer Höhe von nicht weniger als etwa 6,8% bis etwa 8% vorhanden ist.
Legierung nach Anspruch 15, wobei Aluminium in einer Höhe von etwa 8% bis etwa 9% vorhanden ist.
Legierung nach Anspruch 11, wobei Zinn in einer Höhe von etwa 2,6% bis etwa 3,2% vorhanden ist.
Legierung nach Anspruch 18, wobei Aluminium in einer Höhe von nicht weniger als etwa 6,8% bis etwa 8% vorhanden ist.
Legierung nach Anspruch 18, wobei Aluminium in einer Höhe von etwa 8% bis etwa 9% vorhanden ist.