DE1608136C - Verwendung einer Magnesiumlegierung fur Druckgußstucke, die Betriebstemperaturen von 93 bis 204 Grad C ausgesetzt sind - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung ner Magnesiumlegierung mit Gehalten an Aluinium, Silicium, Mangan und gegebenenfalls Zink r Druckgußstücke, die Betriebstemperaturen im ;reich von 93 bis 204°C ausgesetzt sind und dabei ite Dauerstandfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit isweisen müssen.

Die in den USA handelsübliche Magnesium-Druckißlegierung der ASTM-Bezeichnung »AZ80C«, die ^;·> bis 9,2% Aluminium, mindestens 0,15% Mangan id 0,2 bis 0,8% Zink enthält, und die ungefähr der D-MgAI₈Zn₁ nach DIN 1729 Ausgabe 1960 entrieht, ist wegen ihrer hervorragenden Festigkeitsienschaften für viele Konstruktionszwecke einsetzt worden. Die Legierung hat jedoch den Nachteil, ■13 sie bei erhöhten Temperaturen, beispielsweise bis 204°C, nach längerer Zeit beträchtliche Kriech-,cheinungen zeigt, die schließlich zu einem Versagen r Teile führen. Beispielsweise zeigt eine Magnesium-

■ uckgußlegierung, die 8,2% Aluminium, 0,16% angan und 0,57 % Zink enthält, etwa 1,7 % Dehnung, iin sie 100 Stunden lang bei 177°C einer Belastung

■ n 3,52 kg/mm² ausgesetzt wird, und kurz darauf ten Kriecherscheinungen und Brüche auf. Solche Tsager sind teilweise auch auf die relativ geringe ;irmeleitfähigkeit der Legierung zurückzuführen.

Aus der USA.-Patentschrift 1959 913 ist eine agnesiumbasislegierung bekannt, die aus 0,5 bis )% Aluminium, 1,0 bis 0,2% Mangan und 0,2 bis )% Cadmium oder Silicium, Rest Magnesium steht und insbesondere für Schmiedezwecke geriet ist. Sie erfüllt jedoch nicht die Anforderungen,

an eine Legierung für die Herstellung von Druckßstücken, welche Temperaturen im Bereich von va 100 bis 200° C ausgesetzt werden, gestellt werden, -n gleichen Nachteil weist auch die aus der USA.-tentschrift _ 3 067 028 bekannte Magnesiumknetierung auf, welche aus 0,2 bis 2% Silicium, 0,2

1,5% Zink, Rest im wesentlichen Magnesium ,teht. Zusätzlich kann sie auch kleine Mengen ingan und bis zu 3% Aluminium enthalten. Die heriragende Eigenschaft dieser Knetlegierung besteht tin, daß sie hohe Strangpreßgeschwindigkeiten ohne ichteil für die physikalischen Eigenschaften zuläßt. Die Nachteile dieser bekannten Legierungen werden ich eine Magnesiumlegierung, die aus 3,0 bis ·% Aluminium, 0,5 bis 1,0% Silicium, 0,2 bis % Mangan und 0 bis 1,0% Zink, Rest Magnesium .1 Verunreinigungen besteht, vermieden, die erilungsgemäß als Werkstoff für Druckgußstücke, die riebstemperaturen im Bereich von 93 bis 204°C ausotzt sind und dabei gute Dauerstandfestigkeit und inneleitfähigkeit aufweisen müssen, verwendet wird. is ist überraschenderweise gefunden worden, daß für Druckguüstücke zu verwendende Magnesiumlegierung gemäß der Erfindung eine einzigartige Kombination von mechanischen und thermischen Eigenschaften besitzt, wie sie bisher in der Magnesium-Metallurgie nicht bekannt war. Dies ist offenbar teilweise einer feinen Dispersion von Mg₂Si in der Magnesiumgrundmasse zuzuschreiben, die durch Druckguß, d. h. durch rasches Erstarren der flüssigen Legierung, erhalten wird. Diese Eigenschaften waren nicht zu erwarten, da für die Legierung »AZ31« (MgAl3 Zn nach DlN 1729 Ausgabe 1943), welche 2,6 bis 3,4% Aluminium, 0,6 bis 1,5% Zink, 0,1 bis 0,5% Mangan, Rest Magnesium enthält und als zulässige Beimengung nur bis höchstens 0,3% Silicium, nach anderen Angaben bis höchstens 0,3%, enthalten darf. Da diese Legierung seinerzeit nur für Sandguß verwendet wurde, wurde der Fachmann allenfalls davon abgehalten, die Lösung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems in der Verwendung einer Legierung mit demgegenüber erhöhtem Siliciumgehalt zu suchen.

Der aus der britischen Patentschrift 628 289 bekannten Druckgußlegierung, die unter anderem aus 1,0 bis 2% Aluminium, 0,5 bis 1,0% Mangan, 0 bis 0,3% Silicium, Rest Magnesium besteht, ist die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung hinsichtlich Korrosionsfestigkeit, allgemeinen Festigkeitseigenschaften und Gießbarkeit deutlich überlegen, wie die nachstehend beschriebenen Versuche zeigen.

1. Korrosionsfestigkeit

Die Bestimmung erfolgte durch Eintauchen
3%ige wäßrige NaCl bei 35°C.

in

Zusammensetzung Al Mn "ii Mp	0,4	0,5	Rest	Vergleich	0,4	0,35	Rest	Versuchsdauer	Korrosionsrate
/A1 1V111 Ol IVIk Gewichtsprozent	0,3	0,9	Rest	2	0,3	0,7	Rest	Tage	mcd*
erfindungsgemäß	2
4	14	0,24
4	14	0,40
7**	19,4
9**	14,0

* = mgGewichtsprozcnt/cmVTag. Durchschnitt aus je zwei Proben.

** = Die Proben korrodierten so stark, daß sie vom Träger herunterfielen.

2. Festigkeitseigenschaften
B

Zusa Al Gew	mmense Si ichtspro	tzung Mn zent*	0,93	0,5	0,24	Dehnung %	Streck grenze	Zugfestig keit
erfindungsgemäß	0,52	0,76	0,39
4,2	1,22	1,02	0,27	4,4	21,6	31,6
4,1	Vergleich	1,0		7,5	18,8	33,1
3,8	1,1	1,0	0,68	3,0	20,8	28,6
1,1	0,42
1,1	0,48	6,9	15,1	27,6
1,0	0,25	4,4	15,5	26,0
1,0	0,50	5,0	17,7	29,3
3,0	16,9	25,9
5,1	17,0	29,9

• --= Rest Mg.

3. Gießbarkeit

Es wurden vier Gußkörper A, B, C und D hergestellt. Die Zusammensetzung der Gußkörper war wie folgt:

	Al	Zusammensetzung	Si
Gußkörper
	4,0	Mn	_
A	0,9		—
B	4,0	Gewichtsprozent *	0,9
C	1,1		0,8
D
0,4
0,9
0,2
0,4

= Rest Mg.

Die Versuche zeigen den Einfluß des Aluminiumgehaltes auf die Gießbarkeit. Ein Vergleich von Probe B mit A und D mit C ergibt, daß die etwa 1 % Al enthaltenden Proben B und D sich wesentlich stärker beim Auswerfen aus der Form verformten als die je 4 °/₀ Al enthaltenden Proben A bzw. C. Probe D wies ungenügende Fließeigenschaften auf, so daß die Form nicht zufriedenstellend gefüllt wurde. Dieser Fehler beim Füllen der Form trat bei etwa 50% der Gußkörper auf, die mit Legierungen mit einem Gehalt von etwa 1% Al hergestellt wurden. Derartige Legierungen sind daher technisch für den angegebenen Zweck unbrauchbar.

Bei der Herstellung der Legierungen gemäß der Erfindung können die üblichen Schmelz-, Legierungsund Gießtechniken, wie sie der Fachmann kennt, angewendet werden, wobei Legierungs- und Grundmetallbestandteile verwendet werden können, die die normalen Mengen und Arten von Verunreinigungen enthalten.

Im folgenden werden zur Erläuterung der Erfindung typische bevorzugte Beispiele für erfindungsgemäß zu verwendende Magnesiumlegierungen näher beschrieben.

IO Beispiele 1 und 2

Verschiedene Magnesiumlegierungen werden in der üblichen Weise hergestellt und auf einer Druckgießmaschine bei 650 bis 815°C in eine Plattenform gegossen, die 102 mm breit, 177 mm lang und 25 mm hoch ist und in der Mitte einen Vorsprung aufweist, der 127 mm lang und 5 mm hoch und breit ist. Von der Stirnseite der Platte und von einer der beiden Seiten des Vorsprungs werden Proben entnommen, die auf Duktilität durch Ermittlung der Bruchdehnung (<5 in %). ^auf ^mre Festigkeitseigenschaften durch Ermittlung der Zugfestigkeit (σ in kg/mm²) und Streckgrenze (σ 0,2 in kg/mm²), auf ihre Wärmeleitfähigkeit durch die Konstante der elektrischen Leitfähigkeit (K in Siemens/cm³) und auf ihre Dauerstandfestigkeit durch Ermittlung der Kriechdehnung nach 100 Stunden bei 177 ⁰C unter einer Belastung von 3,52 kg/mm² geprüft. Die Ergebnisse der Prüfungen sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:

Beispiel	7o Al	Zusammensetzung *	%Mn	»/.Zn	in%	in kg/mm	30,0	Kriech dehnung	K**
Nr.	8,2	7oSi	0,16	0,57	2,5	21,5	32,0	in7o
Vergleichsprobe A	9,6		0,14	0,49	1,0	24,0	32,0	1,7	7,3
Vergleichsprobe B	8,6	0,69	0,17	0,54	2,4	23,0	28,0	1,5	6,4
Vergleichsprobe C	8,8	0,13	0,17	0,53	0,6	23,0	31,6	1,9	7,1
Vergleichsprobe D	4,2	0,26	0,24	—	4,4	21,6	33,1	1,9	6,8
1	4,1	0,93	0,39	—	7,5	18,8	0,32	9,0
2	0,52				0,54	9,4

* = Der Rest ist im wesentlichen Magnesium.
** = K gemessen in 10¹ Siemens/cm³.

In der Tabelle hat die erste Vergleichsprobe A im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie die in den USA handelsübliche Magnesium-Druckgußlegierung der ASTM-Bezeichnung »AZ 80 C« bzw. die ihr ungefähr entsprechende Legierung GD-MgAl 8 ZnI nach DIN 1729, Ausgabe 1960, die hohe Festigkeit, aber relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit, Duktilität und Dauerstandfestigkeit besitzt. Die drei Vergleichsproben B, C und D zeigen, daß der Aluminium- und Siliciumgehalt in bezug auf verbesserte Dauerstandfestigkeit kritisch ist. Die Vergleichsprobe B liegt zwar mit ihrem Siliciumgehalt innerhalb der gemäß der Erfindung vorgesehenen Grenze, hat aber einen Aluminiumgehalt, der außerhalb des gemäß der Erfindung vorgesehenen Bereichs liegt. Während der Aluminiumanteil der Vergleichsproben C und D eher mit den Legierungen gemäß der Erfindung übereinstimmt, enthalten diese Proben weniger Silicium als für die Erzielung der verbesserten, unerwarteten Dauerstandfestigkeit bei diesem Aluminiumgehalt erforderlich ist. Obwohl die Vergleichsproben B, C und D hinreichende Festigkeit besitzen, zeigen sie relativ schlechte Dauerstandfestigkeit.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen zeigen beträchtlich verbesserte Dauerstandfestigkeit, wie aus den niedrigen Werten für Kriechdehnung hervorgeht, höhere Duktilität, wie die erhöhten Werte der Bruchdehnung zeigen, und bessere Wärmeleitfähigkeit, durch steigende Werte von K gemessen, bei geringem oder keinem Verlust an Streckgrenze.

Claims (1)

1. Patentanspruch :

   Verwendung einer Magnesiumlegierung, bestehend aus 3,0 bis 5,5% Aluminium, 0,5 bis 1,0% Silicium, 0,2 bis 0,5% Mangan und 0 bis 1,0% Zink, Rest Magnesium und Verunreinigungen, als Werkstoff zur Herstellung von Druckgußstücken, die Betriebstemperaturen im Bereich von 93 bis 204° C ausgesetzt sind und dabei gute Dauerstandsfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit aufweisen müssen.