DE1184508B - Magnesium alloys with high creep resistance at elevated temperatures and their use - Google Patents
Magnesium alloys with high creep resistance at elevated temperatures and their useInfo
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Description
Magnesiumlegierungen mit hohem Kriech widerstand bei erhöhten Temperaturen und deren Verwendung Die Erfindung betrifft Magnesiumlegierungen mit hohem Kriechwiderstand bei erhöhten Temperaturen. Magnesiumlegierungen, die diese Eigenschaft besitzen, sind bekannt. Sie enthalten z. B. bis 120/, Thorium, bis 2°/" Zirkonium und gegebenenfalls auch Zink in Mengen bis etwa 5 °/o, sind aber frei von Aluminium, da dieses Element mit Zirkonium hochschmelzende Verbindungen bildet, die im geschmolzenen Magnesium unlöslich sind und daher ausseigern. Diese Legierungen sind aber kostspielig. Andere bekannte Magnesiumlegierungen mit hohem Kriechwiderstand bei erhöhten Temperaturen enthalten Metalle der seltenen Erden und gegebenenfalls auch eines oder mehrere der Metalle Mangan bis 20/" Zink bis 100/" Thorium bis 100/" Calcium bis 0,20/, und Aluminium bis 20/,. Hohe Dauerstandfestigkeiten werden auch mit zink-und zirkoniumhaltigen Magnesiumlegierungen erhalten, soweit sie überdies Cer enthalten. Alle diese bekannten Legierungen sind aber metallurgisch und gießtechnisch schwer zu handhaben.Magnesium alloys with high creep resistance at elevated temperatures and their use The invention relates to magnesium alloys with high creep resistance at elevated temperatures. Magnesium alloys that have this property are known. They contain e.g. B. up to 120 /, thorium, up to 2% zirconium and possibly also zinc in amounts up to about 5%, but are free of aluminum, since this element forms high-melting compounds with zirconium which are insoluble in molten magnesium and therefore These alloys are expensive. Other known magnesium alloys with high creep resistance at elevated temperatures contain rare earth metals and possibly also one or more of the metals manganese up to 20 / "zinc up to 100 /" thorium up to 100 / " calcium up to 0.20 /, and aluminum up to 20 / ,. High fatigue strengths are also obtained with magnesium alloys containing zinc and zirconium, insofar as they also contain cerium. However, all these known alloys are difficult to handle in terms of metallurgy and casting technology.
Es wurde nun gefunden, daß ein hoher Kriechwiderstand bei erhöhten Temperaturen bei den bekannten Magnesiumlegierungen mit Gehalten von bis 10 % Aluminium und gegebenenfalls auch Gehalten an Mangan und Zink erzielt wird, wenn diese Legierungen weiter Gehalte von über 0,5 bis etwa 2,5 % Calcium aufweisen.It has now been found that a high creep resistance at elevated temperatures is achieved with the known magnesium alloys with contents of up to 10 % aluminum and possibly also contents of manganese and zinc if these alloys have contents of more than 0.5 to about 2.5 %. Have calcium.
Es ist bekannt, das Brennen des Magnesiums und seiner Legierungen beim Schmelzen und Gießen durch Einlegieren von 0,25 bis 0,501, Calcium zu verhüten. Es sind weiter Magnesiumlegierungen bekannt, denen zwecks Erzielung einer regelbar erhöhten Zähigkeit, Härte und Festigkeit der Ausgangslegierung ein Zusatz von 0,08 bis 0,5°/o Calcium beigefügt wird.It is known to prevent the burning of magnesium and its alloys during melting and casting by alloying 0.25 to 0.501 calcium. Magnesium alloys are also known to which an additive of 0.08 to 0.5% calcium is added in order to achieve a controllably increased toughness, hardness and strength of the starting alloy.
Für Kolben von Verbrennungskraftmaschinen sind Magnesiumlegierungen bekannt, die Legierungsmetalle, wie Kupfer, Aluminium, Zinn, zur Bildung solcher Eutektika bzw. Mischkristalle enthalten, die oberhalb 400° C schmelzen und gleichzeitig Härtungsmittel, wie Silicium und Calcium, in Mengen bis 2 °/o enthalten. Beispielsweise genannt sind Legierungen mit Kupfer bis 25 °/o bei gleichzeitiger Anwesenheit von bis zu 1 % Silicium und bis zu 1 % Calcium, Legierungen mit Aluminium bis zu 20 °/o bei gleichzeitiger Anwesenheit von bis zu 1 % Silicium und bis zu 1 % Calcium, Legierungen mit Zink bis zu 20°/o bei gleichzeitiger Anwesenheit von bis zu 20/, Silicium und bis zu 21)/, Calcium und Legierungen mit Silicium bis zu 20/0 bei gleichzeitiger Anwesenheit von bis zu 0,80/, Calcium.Magnesium alloys are known for pistons of internal combustion engines which contain alloy metals such as copper, aluminum, tin to form such eutectics or mixed crystals which melt above 400 ° C and at the same time contain hardening agents such as silicon and calcium in amounts of up to 2% . For example, alloys with copper up to 25 % with the simultaneous presence of up to 1% silicon and up to 1 % calcium, alloys with aluminum up to 20 % with the simultaneous presence of up to 1% silicon and up to 1 % Calcium, alloys with zinc up to 20% with the simultaneous presence of up to 20 /, silicon and up to 21) /, calcium and alloys with silicon up to 20/0 with the simultaneous presence of up to 0.80 /, calcium .
Bekannt ist weiter, daß die Festigkeit und Streckgrenze bei erhöhten Temperaturen bei einer Magnesiumlegierung mit 1 bis 41)/, Aluminium, 1 bis 41)/, Cadmium, 3 bis 1211/0 Kupfer, 0,1 bis 0,5 °/o Mangan durch einen Calciumgehalt von 0,05 bis 0,20/0 gegenüber der calciumfreien Legierung erhöht werden kann.It is also known that the strength and yield strength at increased Temperatures for a magnesium alloy with 1 to 41) /, aluminum, 1 to 41) /, Cadmium, 3 to 1211/0 copper, 0.1 to 0.5 ° / o manganese by a calcium content of 0.05 to 0.20 / 0 can be increased compared to the calcium-free alloy.
Es ist auch eine Warmbehandlung von Magnesiumlegierungen in einer fluorhaltigen Atmosphäre bekannt, bei dem die Magnesiumlegierungen überdies Beryllium und/oder Calcium enthalten sollen. Was den Calciumgehalt betrifft, so sollen schon Mengen von 0,01 °/o Calcium wirksam sein und Mengen von 0,05 °/o Calcium sehr gute Ergebnisse zeigen. Im allgemeinen soll die Calciummenge auf 1 % oder weniger und meistens auf 0,2 % beschränkt werden.A heat treatment of magnesium alloys in a fluorine-containing atmosphere is also known in which the magnesium alloys should also contain beryllium and / or calcium. As far as the calcium content is concerned, amounts of 0.01% calcium are said to be effective and amounts of 0.05% calcium show very good results. In general, the amount of calcium should be limited to 1 % or less and mostly to 0.2 % .
Auch die schon erwähnten thoriumhaltigen und ceriumhaltigen Magnesiumlegierungen können Calciumgehalte bis 0,20/0 aufweisen.Also the already mentioned thorium-containing and cerium-containing magnesium alloys can have calcium contents of up to 0.20 / 0.
Aluminiumfreien Magnesiumlegierungen mit 0,1 bis 15010 Zinn und 0,5 bis 501, Mangan sollen nach einem weiteren bekannten Vorschlag 0,1 bis 20/, Calcium zugesetzt werden, um die Festigkeit dieser Legierungen zu verbessern. Der gleiche Calciumgehalt ist auch bei Magnesiumlegierungen mit 0,05 bis 140/0 Aluminium und 2 bis 140/0 Wismut bekannt.Aluminum-free magnesium alloys with 0.1 to 15010 tin and 0.5 to 501, manganese should be added according to another known proposal 0.1 to 20 /, calcium in order to improve the strength of these alloys. The same calcium content is also known in magnesium alloys with 0.05 to 140/0 aluminum and 2 to 140/0 bismuth.
Es ist schließlich eine aluminiumfreie Magnesiumlegierung mit hoher Zugfestigkeit bei erhöhter Temperatur bekannt, die 2 bis 12 % Cer, 0,1 bis 8 °/o Mangan und gegebenenfalls auch 0,1 bis 5°/o Calcium enthält.Finally, an aluminum-free magnesium alloy with high tensile strength at elevated temperature is known which contains 2 to 12 % cerium, 0.1 to 8% manganese and optionally also 0.1 to 5% calcium.
Eine weiter bekannte Magnesiumlegierung mit sehr guter Verformbarkeit und anderen wünschenswerten physikalischen Eigenschaften, wie guter Zugfestigkeit und Streckgrenze, enthält 0,3 bis 10°/o Silber, 1 bis 1501, Cadmium, 0,3 bis 101/, Aluminium und 0,01 bis 1 % Calcium.Another known magnesium alloy with very good ductility and other desirable physical properties, such as good tensile strength and yield point, contains 0.3 to 10 % silver, 1 to 1501, cadmium, 0.3 to 101 /, aluminum and 0.01 to 1 % calcium.
Bei der Beschreibung aller vorgenannten Legierungen ist, soweit dieselben auch Calcium enthalten, aber nichts darüber erwähnt; daß dieser Legierungsbestandteil den Kriechwiderstand bei erhöhten Temperaturen erhöht.In the description of all the aforementioned alloys, the same is true also contain calcium but nothing is mentioned about it; that this alloy component the Increased creep resistance at elevated temperatures.
In einem Aufsatz in der Zeitschrift für Metallkunde, Jg. 1937, S.330, über »Neue Fortschritte und Erfahrungen im Ausland über die Eigenschaften von Magnesiumlegierungen«wird über den Einfluß von Legierungszusätzen wie Silicium bis 2"/", Eisen bis 0,180/" Stickstoff bis 10/" Natrium bis 0,980/" Kalium bis 0,720/, und Calcium bis 0,99/", bei Magnesiumgußlegierungen mit 6 bis 100/, Aluminium, Obis0,18 "/"Mangan, 0 bis 2,98 "/oZink und 0 bis l,04 "/" Kupfer und bei Magnesiumwalzlegierungen mit 1,5 bis 6"/" Aluminium, 1 bis 4,5"/" Zink, 0 bis 0,2"/" Mangan und 0 bis 0,750/, Kupfer berichtet. Was die Calciumzusätze betrifft, so wird im Ergebnis erwähnt, daß gegossene Legierungen mit 0,30/, Calcium eine saubere Oberfläche haben und frei von Oxyden und Nitriden sind und daß Calcium in Mengen bis 10/, die mechanischen Eigenschaften, das Aushärten und das Walzen nicht beeinflußt.In an article in the Zeitschrift für Metallkunde, Jg. 1937, p.330, on "New advances and experiences abroad on the properties of magnesium alloys", the influence of alloy additives such as silicon up to 2 "/", iron up to 0.180 / " Nitrogen up to 10 / "Sodium up to 0.980 /" Potassium up to 0.720 / ", and calcium up to 0.99 /", for magnesium cast alloys with 6 to 100 /, aluminum, Obis 0.18 "/" Manganese, 0 to 2.98 "/ o zinc and 0 to 1.04 "/" copper and in the case of rolled magnesium alloys with 1.5 to 6 "/" aluminum, 1 to 4.5 "/" zinc, 0 to 0.2 "/" manganese and 0 to 0.750 /, copper As regards the calcium additives, it is mentioned in the result that cast alloys with 0.30 /, calcium have a clean surface and are free of oxides and nitrides and that calcium in amounts up to 10 /, the mechanical properties, the hardening and does not affect rolling.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Magnesiumlegierungen, bestehend aus 2 bis 10"/" Aluminium, 0,05 bis 0,5 "/" Mangan, über 1 bis 2,5 "/" Calcium und 0 bis 4"/" Zink, Rest Magnesium.The present invention relates to magnesium alloys, consisting from 2 to 10 "/" aluminum, 0.05 to 0.5 "/" manganese, over 1 to 2.5 "/" calcium and 0 to 4 "/" zinc, remainder magnesium.
Calciumgehalte über 2,5 "/" verspröden die Legierung. Weitere geringe Kupfer- und Siliciumgehalte der Legierungen von je bis 0,5 "/", die beispielsweise bei Verwendung von Schrotten erhalten werden, beeinträchtigen den den erhöhten Kriechwiderstand bei erhöhten Temperaturen bewirkenden Einfluß des Calciums nicht.Calcium contents above 2.5 "/" embrittle the alloy. More minor Copper and silicon contents of the alloys of up to 0.5 "/" each, for example are obtained when using scrap, affect the increased creep resistance calcium does not have an effect at elevated temperatures.
WeitererGegenstandderErfindungistdieVerwendung von Magnesiumlegierungen mit 2 bis 10 "/" Aluminium, über 0,5 bis 2,5 "/" Calcium, 0 bis 4 "/" Zink, 0 bis 0,5 "/" Kupfer, 0 bis 0,501, Silicium, Rest Magnesium als Werkstoff für Gegenstände, wie z. B. Motorengehäuse, Konstruktionsteile für Turbinenantriebe und den Reaktorbau, die einen hohen Kriechwiderstand bei erhöhten Temperaturen haben müssen. Diese erfindungsgemäß verwendeten Legierungen können bei Gehalten von über 0,5 bis 10/0 Calcium einen weiteren Gehalt von 0,05 bis 0,5 "/" Mangan aufweisen. Another object of the invention is the use of magnesium alloys with 2 to 10 "/" aluminum, over 0.5 to 2.5 "/" calcium, 0 to 4 "/" zinc, 0 to 0.5 "/" copper, 0 to 0.501, silicon, the remainder Magnesium as a material for objects such. B. engine housings, structural parts for turbine drives and reactor construction, which must have a high creep resistance at elevated temperatures. These alloys used according to the invention can have a further content of 0.05 to 0.5 "/" manganese with contents of more than 0.5 to 10/0 calcium.
Es sind zwar Legierungen mit 85 bis 98 "/" Magnesium. 1,5 bis 14"/" Aluminium und 0,75 bis 6"/" Zink bekannt, deren Härte durch Einlegieren von 211/, Calcium erhöht werden kann bei gleichzeitiger Erhöhung der Dünnflüssigkeit der Schmelze. Da die Härte bei Raumtemperatur aber keinen Hinweis auf die Kriechfestigkeit bei erhöhten Temperaturen gibt und im übrigen für die Magnesiumlegierungen mit den genannten Gehalten an Aluminium und Zink ausdrücklich gesagt wird, daß der Calciumzusatz nicht wesentlich sei, war keine Anregung gegeben, diese calciumhaltigen Legierungen als Werkstoff für Gegenstände zu verwenden, die einen hohen Kriechwiderstand bei erhöhten Temperaturen haben müssen.They are alloys with 85 to 98 "/" magnesium. 1.5 to 14 "/" Aluminum and 0.75 to 6 "/" zinc are known, their hardness by alloying 211 /, Calcium can be increased while increasing the fluidity of the melt. Since the hardness at room temperature is no indication of the creep resistance increased temperatures and otherwise for the magnesium alloys with the mentioned Contained in aluminum and zinc it is expressly stated that the addition of calcium does not was essential, there was no suggestion to use these calcium-containing alloys as To use material for objects that have a high creep resistance at increased Must have temperatures.
Es war weiter bekannt, daß die Warmfestigkeitseigenschaften von unlegiertem Magnesium ebenso wie durch Thorium und Cerium auch durch Calcium verbessertwerden. Da die Kriechfestigkeit von aluminiumhaltigen und gegebenenfalls auch zink- und manganhaltigen Magnesiumlegierungen bei erhöhten Temperaturen durch steigende Gehalte an Thorium und/oder Cerium in steigendem Maße verschlechtert wird, wie Dauerstandversuche ergeben, war es überraschend, daß die Kriechfestigkeit der gleichen Legierungen durch Calciumzusätze von über 0,5 bis 2,50/, ganz erheblich verbessert wird. Die calciumhaltigen Magnesiumlegierungen gemäß der Erfindung können weiter bis 0,005°/a Beryllium enthalten.It was further known that the high temperature strength properties of unalloyed magnesium, as well as thorium and cerium, are also improved by calcium. Since the creep resistance of aluminum-containing and possibly also zinc- and manganese-containing magnesium alloys is increasingly worsened at elevated temperatures by increasing contents of thorium and / or cerium, as shown by endurance tests, it was surprising that the creep resistance of the same alloys by calcium additions of more than 0 .5 to 2.50 /, is considerably improved. The calcium-containing magnesium alloys according to the invention can further contain up to 0.005% beryllium.
Die erfindungsgemäßen Calciumgehalte kommen insbesondere in Betracht bei den bekannten Magnesiumlegierungen mit Gehalten von 7,5 bis 10°/o Aluminium und 0,3 bis 2"/" Zink, von 5,5 bis 6,50/, Aluminium und 2,5 bis 3,5"/, Zink, von 2,5 bis 3,5"/" Aluminium und 0,5 bis 1,5 "/" Zink und von 5,5 bis 6,5 "/" Aluminium und 0,5 bis 1,5 "/" Zink. Zur Erläuterung der Erfindung dienen die folgenden Beispiele.The calcium contents according to the invention are particularly suitable for the known magnesium alloys with contents of 7.5 to 10% aluminum and 0.3 to 2 "/" zinc, from 5.5 to 6.50% aluminum and 2.5 to 3.5 "/, zinc, from 2.5 to 3.5" / "aluminum and 0.5 to 1.5" / "zinc and from 5.5 to 6.5" / "aluminum and 0.5 to 1.5 "/" zinc. The following examples serve to illustrate the invention.
Beispiel l Eine calciumfreie Magnesiumlegierung mit 91/, Aluminium, 1 "/" Zink, 0,10/0 Mangan, Rest Magnesium und entsprechende calciumhaltige Legierungen mit 0,31, 0,63, 1,75 und 2,2"/" Calcium wurden im unbehandelten Gußzustand im Dauerstandversuch bei 200° C und einer Belastung von 3 kg/mm' geprüft. Die Abb. 1 zeigt die unter Last gemessene Gesamtdehnung über eine Prüfdauer von 50 Stunden.Example 1 A calcium-free magnesium alloy with 91 /, aluminum, 1 "/" zinc, 0.10 / 0 manganese, the remainder magnesium and corresponding calcium-containing alloys with 0.31, 0.63, 1.75 and 2.2 "/" calcium were tested in the untreated as-cast state in the endurance test at 200 ° C. and a load of 3 kg / mm '. Fig. 1 shows the total elongation measured under load over a test duration of 50 hours.
Hieraus ergibt sich bei steigenden Calciumgehalten eine Gesamtdehnung nach 40stündiger Belastung gemäß Abb. 2.This results in an overall expansion with increasing calcium content after 40 hours of exposure as shown in Fig. 2.
Beispiel 2 Magnesiumlegierungen mit 60/, Aluminium, 30/, Zink, 0,10/, Mangan und 0, 0,9, 1,3 und 2,25°/" Calcium wurden im unbehandelten Gußzustand im Dauerstandversuch bei 200°C und einer Belastung von 3 kg/mm' geprüft. Die Abb. 3 zeigt die unter Last gemessene Gesamtdehnung dieser Legierungen über eine Prüfdauer von 50 Stunden.Example 2 Magnesium alloys with 60 /, aluminum, 30 /, zinc, 0.10 /, manganese and 0, 0.9, 1.3 and 2.25 ° / "calcium were in the untreated cast state in the endurance test at 200 ° C and one Load of 3 kg / mm '. Fig. 3 shows the total elongation of these alloys measured under load over a test duration of 50 hours.
Beispiel 3 Magnesiumlegierungen mit 31/, Aluminium, 10/, Zink, 0,10/, Mangan und 0, 0,65, 1,3 und 1,9"/a Calcium wurden im unbehandelten Gußzustand im Dauerstandversuch bei 200°C und einer Belastung von 5 kg/mm2 geprüft. Nach 30stündiger Prüfdauer weist die Legierung unter Last gemessen ohne Calcium eine Gesamtdehnung von 0,680/,), mit 0,65 "/"Calcium eineGesamtdehnung von0,31 "/", mit 1,3 "/" Calcium eine Gesamtdehnung von 0,25 "/" und mit 1,9 "/" Calcium eine Gesamtdehnung von 0,25 "/" auf.Example 3 Magnesium alloys with 31 /, aluminum, 10 /, zinc, 0.10 /, manganese and 0, 0.65, 1.3 and 1.9 "/ a calcium were in the untreated cast state in the endurance test at 200 ° C and one Load of 5 kg / mm2 tested. After a test duration of 30 hours, the alloy has a total elongation of 0.680 /,) measured under load without calcium, with 0.65 "/" calcium a total elongation of 0.31 "/", with 1.3 "/" Calcium has a total elongation of 0.25 "/" and with 1.9 "/" calcium a total elongation of 0.25 "/".
Beispiel 4 Eine Magnesiumlegierung mit 6 "/" Aluminium, 1 "/" Zink, 0,1 "/" Mangan und mit 0, 1,4 und 2,4 "/" Calciurn weist im unbehandelten Gußzustand im Dauerstandversuch bei 200° C und einer Belastung von 3 kg/mm2 nach 40stündiger Prüfdauer unter Last gemessen, ohne Calcium eine Gesamtdehnung von 0,320/" bei 1,4"/" Calcium eine Gesamtdehnung von 0,17"/" und bei 2,4"/" Calcium eine Gesamtdehnung von 0,09"/" auf.Example 4 A magnesium alloy with 6 "/" aluminum, 1 "/" zinc, 0.1 "/" manganese and with 0, 1.4 and 2.4 "/" calcium shows in the untreated cast state in the fatigue test at 200 ° C and a load of 3 kg / mm2 measured after 40 hours of testing under load, without calcium a total elongation of 0.320 / " with 1.4" / "calcium a total elongation of 0.17" / "and with 2.4" / "calcium a total elongation from 0.09 "/".
Die Gießbarkeit der erfindungsgemäßen Legierungen wird durch die Calciumgehalte keineswegs verschlechtert, die Neigung zum Brennen erwartungsgemäß in erheblichem Maße vermindert. Auch auf die Korrosionsbeständigkeit üben die Calciumgehalte keinen nachteiligen Einfluß aus. Wesentlich ist aber, daß die Neigung der erfindungsgemäßen Legierungen mit hohen Aluminium- bzw. Zinkgehalten zur Bildung von Mikrolunkern gegenüber den entsprechenden calciumfreien Legierungen in ganz erheblichem Maße vermindert wird. Die früher beobachtete größere Rißanfälligkeit der Legierungen bei Calciumgehalten von 0,1 bis 0,20/() wurde bei Gehalten über 0,5 % Calcium nicht gefunden.The castability of the alloys according to the invention is determined by the calcium content in no way worsened, the tendency to burn as expected in considerably reduced. The calcium content also has an impact on corrosion resistance does not have an adverse effect. But it is essential that the tendency of the invention Alloys with a high aluminum or zinc content for the formation of micro-cavities compared to the corresponding calcium-free alloys to a considerable extent is decreased. The earlier observed greater susceptibility to cracking of the alloys for calcium contents of 0.1 to 0.20 / (), calcium contents above 0.5% did not found.
Am Beispiel einer Magnesiumlegierung mit 91)/, Aluminium, 1% Zink, 0,10/0 Mangan und 1,80/0 Calcium wurde auch gefunden, daß die Streckgrenze im Bereich von 20 bis 300°C bei den erfindungsgemäßen Legierungen höher ist als bei den calciumfreien Legierungen.Using the example of a magnesium alloy with 91) /, aluminum, 1% zinc, 0.10 / 0 manganese and 1.80 / 0 calcium was also found to be the yield strength in the range from 20 to 300 ° C is higher in the alloys according to the invention than in the calcium-free Alloys.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DEF25019A DE1184508B (en) | 1958-02-11 | 1958-02-11 | Magnesium alloys with high creep resistance at elevated temperatures and their use |
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|---|---|
| DE1184508B true DE1184508B (en) | 1964-12-31 |
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| DEF25019A Pending DE1184508B (en) | 1958-02-11 | 1958-02-11 | Magnesium alloys with high creep resistance at elevated temperatures and their use |
Country Status (1)
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|---|---|
| DE (1) | DE1184508B (en) |
Cited By (1)
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1958
- 1958-02-11 DE DEF25019A patent/DE1184508B/en active Pending
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