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Verwendung von Magnesiumlegierungen zur Herstellung von Gegenständen,
die gute Dauerstandfestigkeit bei erhöhter Temperatur aufweisen müssen Die Erfindung
bezieht sich auf die Verwendung von Magnesiumlegierungen zur Herstellung von Gegenständen,
die neben Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit gute Dauerstandfestigkeit bei
erhöhter Temperatur aufweisen müssen.
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Die Zweistofflegierung aus Magnesium und Mangan mit einem Gehalt von
etwa 1,50/0 Mangan ist wegen ihrer guten Schweißbarkeit und ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit
bekannt. Die Legierung ist jedoch äußerst grobkörnig. Sie besitzt in gekneteter
Form gute Dauerstandfestigkeit bei erhöhter Temperatur, insbesondere nach erfolgter
Lösungsbehandlung. Sie unterliegt jedoch beim Glühen und nachfolgender Verarbeitung
einem Kornwachstum.
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Die Zweistofflegierung Magnesium-Zirkonium mit einem Gehalt von etwa
0,6% Zirkonium besitzt wiederum außerordentliche Kornfeinheit und zeigt u11-gewöhnlich
niedrige Dauerstandfestigkeit bei erhöhter Temperatur. Sie ist jedoch widerstandsfähig
gegenüber dem Glühen. Wie in der britischen Patentschrift 511137 geoffenbart,
müssen von Zirkonium enthaltenden Magnesiumlegierungen einige Elemente ausgeschlossen
werden, da diese mit dem Zirkonium unlösliche Verbindungen hohen Schmelzpunktes
bilden. Eines dieser Elemente ist das Mangan. Die Löslichkeit all dieser Elemente
in Zirkonium enthaltender Magnesiumlegierung wurde bisher außer Betracht gelassen.
Im Falle von Aluminium, Silizium und Eisen überschreitet die Löslichkeit etwa 0,01%
nicht.
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Es wurde festgestellt, daß sich Mangan von den anderen genannten Legierungssätzen
dadurch unterscheidet, daß es möglich ist, einen kleinen, aber genügenden Anteil
von Mangan und Zirkonium in der Legierung zurückzuhalten, obwohl Zusätze von Zirkonium
zu Mangan enthaltenden Magnesiumlegierungen eine Ausfällung von unlöslichen Mangan
und Zirkonium enthaltenden Teilchen bewirken.
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Magnesiumlegierungen, die bis zu 3'% Zirkonium, Thorium und gegebenenfalls
Lanthan und Beryllium sowie weitere Zusätze von Mangan, Zink, Aluminium und Silizium
enthalten können, sind an sich bekannt. Zirkonium kann jedoch, wie die Erfahrung
zeigt, nicht in größeren Mengen als 1% von der Legierung aufgenommen werden. Für
Beryllium beträgt diese Grenze 0,211/o. In Gegenwart des vollen Zirkoniumgehaltes
ist es nicht zweckmäßig, mehr als 0,02% Beryllium der Legierung zuzufügen. Die Hinzufügung
von Aluminium oder Mangan oder Silizium über l0/0 treibt alles Zirkonium aus der
Legierung aus. Viel weniger Aluminium oder Silizium, beispielsweise 0,1 bis 0,2%
reicht aus, um alles Zirkonium aus der Legierung auszufällen. Demgegenüber haben
sich Magnesiumlegierungen mit 0,05 bis 0,5% Zirkonium, 0,15 bis 0,50/0 Mangan, 0
bis weniger als 1% Thorium, die außerdem einzeln oder zu mehreren bis 1,2511/o Zink,
bis 3% seltene Erdmetalle, bis 0,01% Beryllium, bis 111/o Blei, bis 1% Indium, bis
0,5119 Kupfer enthalten können, und zum Rest aus Magnesium bestehen, zur Herstellung
von Gegenständen, die neben Schweißarbeit und Korrosionsbeständigkeit gute Dauerstandfestigkeit
bei erhöhter Temperatur aufweisen müssen, als besonders geeignet erwiesen, wie sich
aus den unten angegebenen Meßwerten ergibt.
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Nach der Lehre der Erfindung wurden Legierungen von Magnesium und
Zirkonium mit Zusätzen von Zink und Thorium hergestellt. Diesen Legierungen wurden
kleine Mengen von Mangan einverleibt, mit dem Ergebnis, daß die Dauerstandfestigkeit
dieser Legierungen bedeutend verbessert wurde.
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Es wurde festgestellt, daß die Anwendung dieses Prinzips auf die Zweistofflegierung
Magnesium-Mangan deren Dauerstandfestigkeit erheblich verbessert. Das Ergebnis dieser
Anwendung ist, daß
Legierungen hergestellt wurden, welche -ein bedeutend
feineres Korn besitzen und eine verbesserte Dauerstandfestigkeit bei erhöter Temperatur
im Vergleich. mit der Zweistofflegierung ohne Zirkoniumzugabe aufweisen. Die verbesserte
Dauerstandfestigkeit ergibt sich aus der nachstehenden Tafel:
| Legierung o/o Kriechdehnung nach |
| Mn I Zr 100 Std. 300 Std. I 500 Std. 11000 Std. |
| 0,29 0,05 0,16 0,25 0,45 1,5 |
| 0,24 . 0,21 0,035 0,04 0,04 0;055 |
| 1,8 ! -- 0,105 0,42 2,33 6,0 |
Geprüft wurde bei 0,0775 kg/mm2 bei 400"C nach einer Lösungsglühung von 24 Stunden
bei 560° C.
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Die Legierungen sind schweißbar und genügen bezüglich ihrer Korrosionswiderstandsfähigkeit
in jeder Beziehung. Sie sind gegen Kornwachstum widerstandsfähiger als die gleichen
Legierungen ohne Zirkoniumgehalt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthalten die Legierungen
von 0,5 bis 0;5% Zirkonium, 0,1:5 bis 0,5% Mangan. Der Rest ist Magnesium. Der Zirkoniumgehalt
ist vorzugsweise mindestens 0,10/0, während der des Mangans vorzugsweise mindestens
0,21% ist. Es können, wenn gewünscht, der Legierung auch andere Elemente zugesetzt
sein. Als solche kommt Zink in Betracht, welches dazu geeignet ist, im besonderen
die Zugfestigkeit der Legierung zu erhöhen. Die zugesetzten Zinkmengen betragen
vorzugsweise 0,25 bis 1,251%. Bei einer größeren Zinkzugabe hingegen wird die Legierung
der Lösungsbehandlung weniger zugänglich.
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Das Thorium dient zur Erhöhung der Dauerstandfestigkeit, und zwar
in Mengen bis zu weniger als 1,0 % (für gewöhnlich 0,5 bis 0,9%). Ein kleiner Zirkoniumgehalt
in derartigen Legierungen ist ebenso zur Verfeinerung des Kornes als auch zur Förderung
der Dauerstandfestigkeit von Wert. Bei Abwesenheit des Zirkoniums sind die Legierungen
grob gekörnt. Daraus hergestellte Preßlinge sind während einer nachfolgenden Glühbehandlung
einem Kornwachstum ausgesetzt. Vorzugsweise ist eine Legierung gemäß der Erfindung
zusammengesetzt aus etwa 0,25%Zr, 0,3%Mn, 0,75 % Th, 0,5 % Zn. Diese Legierung besitzt
eine besonders feine Korngröße mit einem Grad von Dauerstandfestigkeit, welche sich
derjenigen einer entsprechenden Legierung mit einem höheren Thöriumgehalt, bei Abwesenheit
von Mangan und bei Gegenwart von Zirkonium, nähert.
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Andere Elemente können der Legierung einzeln oder zu mehreren in nachstehenden
Mengen zugesetzt werden: Seltene Erdmetalle. . bis 3 % Be ...............
bis 0,010/0 Pb ............... bis 10/0 In ............... bis l0
/o Cu .............. bis 0,5 0% In einigen Fällen kann es zweckmäßig sein
bei der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung, sich eines Seltenen Erdmetalls
an Stelle von Thorium zu bedienen, z. B. 0,4 bis 0,9% eines Seltenen Erdmetalls,
im besonderen reinen Cers. Die Zusammensetzung einer derartigen Legierung im besonderen
ist folgende: Cer ........ 0,25 bis 1,0% Mangan .... 0,15 bis 0,5% Zirkonium ..
0,2 bis 0,5 0/0 Der Rest ist Magnesium.
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Eine bevorzugte Zusammensetzung dieser Art ist folgende: 0,751% Cer,
0;251% Zirkonium, 0,25% Mangan. Der Rest ist Magnesium.
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Eine solche Legierung zeigt bedeutende Vorteile gegenüber ähnlichen
Magnesiumlegierungen, welche Cer und Mangan oder Cer und Zirkonium enthalten. Für
die Erreichung ihrer vollen Dauerstandfestigkeit müssen diese Legierungen bei Temperaturen
von etwa 565° C einer Lösungsbehandlung unterworfen werden mit dem sich daraus ergebenden
Risiko einer Verformung zufolge Durchbiegens unter der Wirkung des eigenen Gewichts:
Die nachstehende Tafel zeigt hingegen, daß eine Cer, Zirkonium und Mangan enthaltende
Magnesiumlegierung einer solchen Wärmebehandlung nicht bedarf, um ihre volle Dauerstandfestigkeit
zu erhalten.
| Legierung Art der Behandlung °/o Kriechdehnung nach |
| Ce I Mn I Zr 100 Std. 1 300 Std. I 500 Std: I 1000 Std. |
| 0,71 0,73 - nur gepreßt 13,7 20 - - |
| 0,71 0,73 - lösungsbehandelt bei 565° C 0,06 0,115 0,155 0,205 |
| 0,76 0,26 0;31 nur gepreßt 0,085 0,142 0,165 0,212 |
| 0,76 0,26 0,31 lösungsbehandelt bei 565 0 C 0,055
0,095 0,135 0,20 |
Geprüft bei 0,155 kg/mm2 und bei 400° C.
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Bei der Herstellung wird Zirkonium im überschuß gegenüber der in der
Endlegierung erforderlichen Menge zugesetzt. Daraufhin wird Mangan zugeführt, z.
B. in Form von einer Mg-1,5 %-Mn-Legierung, um auf diese Weise den Zirkoniumgehalt
zu reduzieren und den Mangangehalt auf die gewünschte Höhe. zu bringen. Die Legierung
kann auch mit einem höheren Mangangehalt hergestellt werden als erforderlich. Dieser
Legierung wird Zirkonium zugesetzt, bis die gewünschte Menge vorliegt. Es können
auch Zirkonium und Mangan gleichzeitig in Form einer Vorlegierung dieser beiden
Elemente zugegeben werden. Eine solche Vorlegierung läßt sich durch gemeinsame Reduktion
von ZrC14 und MnC12 durch Magnesium gewinnen. Zur Gewinnung bester Resultate ist
es notwendig, eine Sättigung der Legierung mit beiden, nämlich Zirkonium und Mangan,
herbeizuführen. Die besten Resultate können nicht erhalten werden, wenn man zunächst
Zirkonium der Schmelze hinzufügt und dann Mangan hinzufügt, auch nicht dann, wenn
man zuerst Mangan und dann Zirkonium hinzufügt. Die besten Ergebnisse werden viehmehr
dann erreicht, wenn Zr C14 und Mn C12 zugleich dem
geschmolzenen
Magnesium hinzugefügt werden, wodurch das Magnesium, das ZrC14 und das MnClz zugleich
zu Zr und Mn reduziert und dadurch beide in geringen Mengen mit dem Magnesium legieren
können.