DE1458367A1

DE1458367A1 - Magnesium alloys

Info

Publication number: DE1458367A1
Application number: DE19641458367
Authority: DE
Inventors: Foerster George Stephen
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1964-09-03
Filing date: 1964-09-03
Publication date: 1969-10-02

Description

Mägnesiumlegi erung en Die Erfindung bezieht sich auf thoriumfreie Magnesiumlegierungen, die mindestens 85 Gew.-* Magnesium, 0,05 - 2 Gew.-% eines seltenen Brdmetalles und 0,05 - 0t5 Gew.-% Zink enthalten, wobei in diesen Legierungen das Anteilverhältnis von Zink im Bereich von 1/3 bie 1 Teil Zink je Teillseltenes Erdmetall in Legierungen liegti . die bis zu etwa 0e6 Gew.-4 von einem selte-,go Äntellverhältnie von nen Erdmetall enthalten, unawobei 4 Zink im Bereich--von 0,2 - 01,5 Ge"W.ä-% in Legierungen liegt, die Or6 2 Gewe%*oeltenen Erdmetall enthalten.Mägnesiumlegi augmentation s The invention relates to thorium-free magnesium alloys containing 0.05 at least 85 wt .- * magnesium, - 2 wt .-% of a rare Brdmetalles and 0.05 - contain 0t5 wt .-% zinc, in these alloys, the The proportion of zinc in the range from 1/3 to 1 part of zinc per part of rare earth metal in alloys . up to about 0e6 weight 4 comprised of a selte-, go Äntellverhältnie from NEN earth metal unawobei zinc in the range 4 - 0.2 - 01.5 Ge "W.ä-% is in alloys OR6 2 Contains% by weight of oil.

Die Legierung nach der Erfindung weist hervorragende Eigenschaften bei hohen Temperaturen auf, die vergleichbar mit den thoriumhaltigen Legierungen eina. jedoch wird die Vervondung von kostspieligem Thoriummetell vexaleaen" Ferner besitzt die Legierung auch gute Kriechfeetigkei t sowohl bei Raumtemperatur wie auch bei erhöhten Temperaturen, wie z.B. 20400. zu den beim Herstellea der erfindungsgeräßen Legier'Ung für Verwendung geeigneten seltenen Erdmetallen gehören: Zer, Lanthan, - Praseodym, Neodym, Didym (ein Ge =-* misch von seltenen. Erdmetallen mit Praseodym und Neodym als Überwieggenden 2j01u-andteil.en) oder Mischmetall (ein Gemisch von selteaen Jeawedes der genannten seltenen Erdmetalle kann allein oder in jeglicher Kombination . beim Zusammensetzen der Legierung '4enutzt werden. -Ein hanaelagängiges Vischmetall, zuweilen Zernischmetall genannt, das-35 - 804 Zer enthält, wobei der Rest aus seltenen .,Erdmetallen und-bis zu 5# von nichtseltenem Erdmetall besteht, bevorzugt man als-Bestandteil eines seltenen Erdmetalles In der legierung,' und zwar wegen seiner leichten obgleich die Zenutzung von Didym daa Erzieleh etwas höherer Fe-.stigküitzeigenschaften bei'gegebenen Konzentrationen seltener Erdmetalle ermöglicht.The alloy according to the invention has excellent properties at high temperatures which are comparable to the thorium-containing alloys. However, the condensation of expensive thorium metal becomes vexaleaen "Furthermore, the alloy also has good creep strength both at room temperature and at elevated temperatures, such as 20400. The rare earth metals suitable for use in the manufacture of the alloy according to the invention include: cerium, lanthanum, - praseodymium, neodymium, didymium (a Ge = -. * mixed andteil.en 2j01u-of rare earth metals with praseodymium and neodymium as Überwieggenden) or mixed metal (a mixture of selteaen Jeawedes of these rare earth metals may be used alone or in any combination during assembly. are the alloy '4enutzt -. called a hanaelagängiges Vischmetall, sometimes Zernischmetall, the-35 -. containing 804 cerium, the balance consisting of rare earth metals and-up to 5 # consists of nichtseltenem earth metal, it is preferred as a constituent of a rare earth metal In the alloy, because of its light weight, although the use of Didym daa achieves a somewhat higher .stigküitzeverbindungen made possible at given concentrations of rare earth metals.

Des weiter - en kann man die Legierung durch Zugabe von 0,2 - 2 Gewo-,il Vangan als der Matrix (Grundmasse) Festigkeit gebenden Komponenten verbessern. Falls gewünscht, kann -eine geringe Menge an Zirkonium. z.B. nicht mehr als etwa 0,2%,. gleichzeitig mit Mangan für Körnfeinungsvorgang vorteilhaft angewendet werden# obgleich bei Zuschlag größerer Mengen an Zirkonium eine Neigung für äemeineame Ausscheiaung-von zirkonoium und jurangan aus der leglekung gegeben ist.The on - may be s, the alloy by addition of 0.2 to 2 Gewo-, il Vangan as the matrix (resin) strength imparting components improve. If desired, a small amount of zirconium can be added. e.g. no more than about 0.2%. can be used advantageously at the same time as manganese for the grain refinement process # although with the addition of larger amounts of zirconium there is a tendency for a common precipitation of zirconium and juranganese from the leaching.

Fälle gewünscht, kann man geringe Mengen, von einer oder mehreren anderen die Matrix verfestigenden Komponenten,'die auf diesem Magnesiumgeblete bekannt sind, zur Legierung hinzugeben, vorausgesetzt, daß sie mit dieser verträglich sind, d.h. daß durch diese nicht Komponenten aus der Legierung während deren Darstellung ausgeschieden und anderweitig nicht die Hochtemperatureigenschaften,der Legierung nachteilig beeinflußt werden. Jedoch wird bevorzugt, daß die erfindungsgemäße Legierung mindestens 95 Gen.-% Magnesium enthält.Cases desired, one may contain small amounts, 'which are of one or more other matrix solidifying components in this Magnesiumgeblete known to add to the alloy, provided that they are compatible with this, which means that by this not components of the alloy during its Representation is eliminated and otherwise the high temperature properties of the alloy are not adversely affected. However, it is preferred that the alloy of the invention contain at least 95 gen.% Magnesium.

Während höhere,physikalische Festigkeitseigenschaften.im allgemeinen unter höherem Kostenaufwand bei Verwenden höherer Anteilmengen an seltenem Erdmetall erzielbar sind, ist es gewöhnlich aus ökonomischen Gründen zu wünschen, daß geringere Anteilmengen an seltenem Brdmetall benutzt werden. So ist ein wünschenswerter Bereich an Anteilverhältnissen bei der erfindungegemäßen Legierung mindestens 95% Magnesium, 0,2 - 1% seltenes Brdmetall und 0,067 - 0,5% Zink.While higher physical strength properties can generally be achieved at a higher cost when using higher proportions of rare earth metal, it is usually desirable for economic reasons that smaller proportions of rare earth metal are used. Thus, a desirable range of proportions in the alloy according to the invention is at least 95% magnesium, 0.2-1% rare metal and 0.067-0.5 % zinc.

Die meistbevorzugten Anteilverhältnisse der legierungsbildenden Elemente in der erfindungsgemäßen Legierung sind, bezogen auf Gewicht, 012 - 0,5% an seltenem Erdmetall und 0,067 -0,5% an Zink. Das zumeist bevorzugte Gewichtsveirhältnis seltenes Erdmetall zu.Zink ist etwa 2 Teile seltenes Erdmetall je Teil, Zink. Das meist bevorzugte Anteilverhältnis der die Matrix festigenden Komponente ist, bez ogen auf Gewicht, 0,5 - 1 je Hundert von Mangan.The most preferred proportions of the alloy-forming elements in the alloy according to the invention are, based on weight, 012-0.5 % of rare earth metal and 0.067-0.5 % of zinc. The most preferred weight ratio of rare earth metal to zinc is about 2 parts of rare earth metal per part, zinc. The most preferred proportion of the component strengthening the matrix is, based on weight, 0.5-1 per hundred of manganese.

Herstellen kann man die Legierung in den gemäß der Erfindung erwünschten Anteilverhältnissen durch Zusammenschmelzen CD der legierungsbildenden Bestandteile in zweckmäßigen Anteilmengen oder durch Benutzung von Magnesium'legierungys-"Härtemitteln", die die Legierungsbestandteile enthalten, Man kann ein Schützen vor Oxydation während der Legierungebildung mittels eines magnesiumehloridfreien aalzhaltigen Flußmittele, wie beim herkömmlichen legieren, bewirken. Die erschmolzene Legierung kann man durch Verrühren der Legierung mit einem zusätzlichen Verfeinerungeflußmittel veredeln. Die so verfeinerte Legierung läßt man absetzen und trennt sie dann von dem Flußmittel ab, wie durch Hineindekantieren in eine geeignete Gußform, wie z.B. in eine (Rechteck-) Tafel- oder Plattform für Walzgut.The alloy can be produced in the manner desired according to the invention Proportion ratios by melting together CD of the alloy-forming constituents in appropriate proportions or through the use of magnesium alloy "hardening agents", the which contain alloy components, one can protect against oxidation during the formation of alloys by means of a magnesium chloride-free, eel-containing flux, as with conventional alloying. The melted alloy can be passed through Mix the alloy and refine it with an additional refining flux. The alloy so refined is allowed to settle and then separated from the flux as by decanting into a suitable mold, such as a (rectangular) Plate or platform for rolling stock.

Die folgenden Beispiele erläutern weiterhin -die vor-' liegende Erfindung.The following examples further illustrate the present invention.

B e i s p i e 1 e Eine Reihe von Zusammensetzungen gemäß aer-Erfindung wurden zubereitet und zu entsprechenden Wal - zplatten (elabe) z.B. (50mm x 100 mm x 200 mm) vergossen. Jede Tafel oder Platte (elab) wurde wie folgt behandelt-, Die Außenflächen der Platte wurden zwecks Entfernen von Oberflächeaverunreinigungen oder -einschlüssen von der Außenhaut befreit. Die Platte wurde auf etwa 48200 erhitzt und zu Blech- oder Blatt£orm verwalzt. Aus dem so zubereiteten Blech oder Blatt wurden Prüfabschnitte weggeschnitten und einer physi- kalischen Prüfung unterworfen. Versuche oder Prüfungen auf Druckfestigkeitagrenze und Zugfestigkeit wurde in Walzlängerichtung durchgeführt. Die Legierungszusammensetzungen, Prüfbedingungen und die Eigenschaften statischer Festigkeit sind in Tabelle I aufgeführt. Für Vergleichezwecke wurden legierungen von Magnesium und seltenem Brdmetall, die kein Zink bzw. Zink in seltenem Erdmetall - zu Zink-Anteilverhältnissen außerhalb des Erfindungebereiches enthielten, zubereitet, in Platten- oder Blattform verwalzt und In gleicher Weise untersucht. Die Brgebniede aus diesen Vergleichsversuchen sind in Tabelle I aufgeführt. A t s p e 1 e A series of compositions in accordance with aer-invention have been prepared and appropriate Wal - zplatten (Elabe), for example (50 mm x 100 mm x 200 mm) cast. Each panel or panel (elab) was treated as follows: The outer surfaces of the panel were peeled off to remove surface contaminants or inclusions. The plate was heated to about 48,200 and rolled into sheet or sheet form. Test sections were cut away from the sheet or sheet prepared in this way and subjected to a physical test. Experiments or tests on compressive strength limit and tensile strength were carried out in the rolling length direction. The alloy compositions, test conditions, and static strength properties are shown in Table I. For comparison purposes, alloys of magnesium and rare earth metal, which did not contain any zinc or zinc in rare earth metals - to zinc proportions outside the scope of the invention, were prepared, rolled into plate or sheet form and examined in the same way. The results from these comparative tests are listed in Table I.

Beim Überprüfen der Angaben in Tabelle I erkennt man, daß die erfindungegemäße legierung bessere Hochtemperatureigenschaft en und stark erhöhten Kriechwiderstand bei erhöhten Temperaturen aufzeigt. Tabelle II +)Zusammensetzung Kriechwiderstand b050 kg/cm 2 Prüf- Gew.- % Belastung b.204009 f. 100 Side. Nr. mm Zn Mn % Kriechen #8 094 092 0p5 Ogil 9 0y3 093 015 0,928 10 014 094, 110 0928 Zusätzliche erfindungsgemäße Zusammensetzungen, die Manzu gan zusätzlich7Zink und seltenem-Erdmetall enthalten, wurden zubereitet und zuWalzplatten vergossen. Jede von diesen wurde 92% (in ihrer Dicke)-durch ilarmialzen bei 45400 verringert, dann 30% in einem Stich bei 399oC (2320 Austritt) reduziert und 1 Stunde bei 37100 wärmebehandelt. Aus dem so vorbereiteten Blech (oder Bahn) weggeschnittene Abschnitte wurden auf Kriechwiderstand bei 20400 geprüft. In Tabelle II sind die geprüften Zusammensetzungen und die prozentuale Ausbreitung (extension) in 100 Std. aufgeführt.Checking the information in Table I shows that the alloy according to the invention exhibits better high-temperature properties and greatly increased creep resistance at elevated temperatures. Table II +) Composition creep resistance b050 kg / cm 2 Test weight % load b.204009 for 100 side. No. mm Zn Mn % creep # 8 094 092 0p5 Ogil 9 0y3 093 015 0.928 10 014 094, 110 0928 Additional compositions according to the invention which additionally contain manzu gan and zinc and rare earth elements were prepared and cast into slabs. Each of these was 92% reduced (in thickness) by ilarmialzen at 45400, then 30% reduced in one stitch at 399oC (2320 exit) and heat treated at 37100 for 1 hour. Sections cut away from the sheet (or sheet) prepared in this way were tested for creep resistance at 20,400. Table II shows the compositions tested and the percentage extension in 100 hours.

Noch eine weitere zusätzliche erfindüngsgemäße Zusammensetzung, die, bezogen auf Gewicht, 0,4% Mangan und 0,09% Zirkonium zusätzlich zu 1,3% Didym und 0,3% Zink und Rest handelsübliches Magnesium enthält, wurde zubereitet und zu Walzplatten von je 50 mm x 100 mm x -200 mm vergossen. Jede von ihnen wurde zwecks Entfernen von Oberflächenverunreinigungen oder -einschlüssen enthäutet, auf etwa 4820C -erhitzt und auf eine etwa. 2,5 mm dicke Platte oder Bahn durch Walzen reduziert. Während des Walz- Yorgangen wurde die teilweise in ihrer Dicke verringerte (reduzierte) (Roh-) Platte verschiedentlich wieder erhitzt, um beim Verwalzen Rißbildung zu verhindern. Die Platte wurde 1 Std. bei etwa 53800 warmbehandelt, abgeschreckt und 1 - 2% je Stich durch dampfbeheizte Walzen für totale Dickenverminderung (Reduzierung) im Bereich von 15-50% kalt gewalzt. Die kaltge walzte Platte oder Bahn wurde dann 1 Std. bei etwa 26000 warmbehandelt; aus der so gefertigten Platte weggeschnittene Prüfabschnitte -wurden dann einer physikalischen Prüfung in Walzlängsrühtung unterworfen. Di e Ergebnisse aus den bei 24o0 wie auch 31500 durohgeführten Prüfungen sind in Tabelle III wiedergegeben. Tabelle III Physikalische Eigenschaften von der Platte (Blech)p Festigkeit in kg/cm2 Prüf- Kaltgewalzt 15% und 1 Std4 Kaltgewalzt 50% undoi Std$ Te32. warmbehanclelt b.260o0 warmbehandelt b.260 0 M TYS Ols TS, %Z TYS OYS -TS 24000 4 2590 1890 2940 2 2730' 2660 3220 31500 45 .770 -- 1260 68 350 -- 840 Zu den Vorteilen der erfindungegemäßen Legierung gehört gute Schweißarbeit ohne Spannungoentlaetung.Yet another additional composition according to the invention, which, based on weight, contains 0.4% manganese and 0.09% zirconium in addition to 1.3% didymium and 0.3% zinc and the remainder commercial magnesium, was prepared and made into rolled plates of each 50 mm x 100 mm x -200 mm potted. Each of them has been skinned to remove surface contaminants or inclusions, heated to about 4820C and heated to about. 2.5 mm thick plate or web reduced by rolling. During the rolling process, the (reduced) (reduced) thickness of the (raw) plate was repeatedly heated again in order to prevent the formation of cracks during rolling. The plate was heat treated for 1 hour at about 53,800 , quenched and 1 - 2% per pass through steam-heated rollers for total thickness reduction (reduction) in the range of 15-50%. The cold rolled sheet or sheet was then heat treated at about 26,000 for 1 hour; Test sections cut away from the plate produced in this way were then subjected to a physical test in longitudinal rolling. The results from the tests carried out at 2400 and 31500 are shown in Table III. Table III Physical properties of the plate (sheet) p Strength in kg / cm2 Test cold-rolled 15% and 1 hour4 Cold-rolled 50% andoi hours $ Te32. heat treated b.260o0 heat treated b.260 0 M TYS Ols TS, % Z TYS OYS -TS 24000 4 2590 1890 2940 2 2730 '2660 3220 31500 45 .770 - 1260 68 350 - 840 The advantages of the alloy according to the invention include good welding work without stress relief.

Claims

2 ate n ta aap r ü a he 1.. , The magnesium alloys - are free of thorium and at least 85% by weight of magnesium contained gekennzeichneti-characterized that it contains 0.05 - 2 wt% of a rare earth metal and 0905 - contained 0.5% by weight zinc, and that in them the proportion of zinc in the range of 1/3 - 1 part of zinc per rare earth metal in 'alloys with a content of up to about 0.6 % by weight of rare earth metal and the proportion of zinc in the range of 0 # 2 - 0.5% by weight in the alloy, with a content of s Og. 6 - is 2.Gen.-% rare earth metal, 21 Niaänesiumlegierungen according to claim 1, jadurch in that it außeraem 0.02 -. Gen. 2 -%, Tängan una not contain more than 1 0.2% by weight zirconium, 3. magnesium alloys na-oh claim 2, characterized in that they 0.2 - 1 wt .-% selt'enes Erdmetallg 0.067 to 0, % zinc and 0.5 - - 5 percent, 1% manganese Gen.- * '49 igagnesiumlegierungen according to claim 1, marked thereby' characterized that it minde.stens 95% by weight Maßnesium, 0.2 - 1 Gewo -c, 4b contain a rare earth metal and 0i067 0.5 % zinc. 5. Magnesium alloy according to claim 41 characterized # in that they contain about 1 part per 2 parts Zini rare earth * erunglen 6. Ilagnesiumle after art` claim 5, -da-Durr, 'characterized si, -gaß -they 0.2 to 0 , 5 Geni-ri # vom söltenen Lrdneuä -'- U euthalten. 'M.gga-to-Luil e.gierungen - .. j by edem Uer Anop2üdh - e -dadur, * ch, ge.kennzei-ohriet, _daß' 5 -, - 1 Gc # z4-di '. li an, -Yau l ## a -IÜ - oiltt -x-Ohr UX konium --- un-echoes # en. uh - nu- "neäiuuiieg, lcr = gen naäh, claim'7, däd-ur kissed. ' That # .the -etiva contain 0.5% by weight of manglan.