DE2201460A1

DE2201460A1 - Magnesiumlegierungen mit hohem kriechwiderstand bei erhoehten temperaturen

Info

Publication number: DE2201460A1
Application number: DE19722201460
Authority: DE
Inventors: Friedrich Pr Erdmann-Jesnitzer; Peter Dr-Ing Paschen
Original assignee: ERDMANN JESNITZER FRIEDRICH PR
Current assignee: ERDMANN JESNITZER FRIEDRICH PR
Priority date: 1972-01-13
Filing date: 1972-01-13
Publication date: 1973-07-19

Description

Magnesiumlegierungen mit hohem Kriechwiderstand bei erhöhten Temperaturen 1.
Es sind in der Vergangenheit verschiedene Magnesiumlegierungen mit hohem Kriechwiderstand bei erhöhten Temperaturen bekannt geworden. So sind z.B. aluminiumfreie Magnesiumlegierungen mit bis zu 12 Thoriuin, bis zu 2 % Zirkonium mit und ohne Zinkgehalte bis 5 % bekannt. Diese Legierungen sind deshalb frei von Aluminium, da die Legierungsmetalle mit dem Aluminium hochschmelzende Verbindungen bilden, die unlöslich sind und im flüssigen Zustand ausseigern.
Andere bekannte hochkriechfeste Magnesiumlegierungen enthalten Metalle der Seltenen Erden, insbesondere Cer. Auch Calcium-Zusätze sowie Silizium-Zusätze zu den üblicherweise verwendeten aluminiumhaltigen Magnesiumlegierungen sind bekannt.
Die Nachteile dieser Legierungen sind: - Ether Preis (Legierungen mit. Seltenen Erden sowie Legierungen mit hohen Thoriumgehalten) - Metallurgische und gießtechnische Schwierigkeiten (Seigererscheinungen, Zirkonabbrand, Calciumabbrand, Kleben in den Druckgießformen bei zirkon- sowie calciumhaltigen Legierungen) - Relativ geringe Erhöhung des Kriechwiderstandes (bei siliziumhaltigen Legierungen).
Als Zeitstandfestigkeitswerte werden genannt: Leg. Beanspruchungs- Spannung Dehnung nach (%) Stundlen A 177 3,52 0,30 100 B 1,77 3,52 0,08 100 C 177 3,52 0,04 100 D 200 3,00 0,17 50 E 200 3,00 0,13 50 r 150 3,00 0,35 200 150 3,00 0,15 200 H 200 6,00 0,20 1000 I 250 5,00 0,20 1000 Die Zusammensetzung dieser Legierungen ist wie folgt: Leg. Al (%) Si (%) Zn (%) Ca (%) Zr (%) Sonst. (%) A 3,8 1,22 B 2,0 1,0 C 1,0 1,0 D 9,0 1,0 2,2 E 6,0 3,0 2,25 F 8,0 1,0 G 4,0 3,0 H 2,2 0,7 2,7 SE I 2,2 0,7 3,0 Th Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Magnesiumlegierungen, deren Aluminiumgehalt der maximalen Anwendungstemperatur angepaßt ist. Es'wird, entsprechend der temperaturabhängigen Löslichkeitslinie im binären Zustandsdiagramm Magnesium-Aluminium, immer ein Aluminiumgehalt gewählt, der kurz vor der Löslichkeitslinie liegt. Solche Gehalte sind beispielsweise 1,9 bis 2,2 % Al für 100 0C max. Anwendungstemperatur 2,7 bis 3,0 % Al für 200 0C ist " II 3,6 bis 4,0 % Al für 250 °C " " Zusätzlich zu dieser Verfestigung durch wechselnde angepaßte Aluminiumgehalte wird als weiteres Legierungselement beispielsweise Thorium in geringen Gehalten von beispielsweise 0,15 % zulegiert. Das Thorium wir d durch Begasen der Schmelze mit Stickstoff oder Sauerstoff in Thoriumnitrid oder Thoriumoxid überführt. Auch eine Überführung mittels Chlor in Thoriumchlorid ist möglich. Diese Verbindungen bilden sich entweder als diskrete Phasen aus oder aber sie verbleiben im Zustand von "Clustern", also Atomaggregationen von Thorium und Sauerstoff oder Thorium und Stickstoff oder Thorium und Chlor. Beide Arten der Verbindung (Phasen und cluster) führen zu einer Dispersjonsverfestigung der Legierung im festen Zustand.
Als Zeitstandfestigkeitswarte wurden beispielsweise ermittelt: Leg. Beanspruchunga- Spannung Dehnung nach temperatur (°C) (kp/mm²) (%) Stunden K 150 3,50 0,20 1000 150 3,50 0,06 100 150 3,00 0,20 2000 L 200 3,50 0,08 100 M 250 3,50 0,10 100 Die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Legierungen K (für max. Anwendungstemperatur 150 °C), L (für 200 °C) und M (für 250 0C) war: K : 2,6 % Al; 0,15 % Th L : 2,9 * Al; 0,15 * Th M : 3,7 * Al; 0,15 ffi Th Mit ähnlichem Erfolg können anstelle des Thoriums als zweitem Legierungselement (neben Aluminium) verwendet werden Calcium, Zirkon, Titan, Silizium, Strontium, Yttrium, Cer, Barium und als drittes Legierungselement Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Chlor, Brom, so daß sich als Verbindungen oder cluster bilden können Hydride, Nitride, Oxide, Fluoride, Chloride, Bromide.
2.
Patentanspruche: 1) Magnesiumlegierungen mit Aluminiumgehalten, die den maximalen Anwendungstemperaturen der Legierung angepaßt sind, dergestalt, daß in Abhängigkeit von der temperaturabhängigen Löslichkeitslinie im System Magnesium-Aluminium immer solche Aluminiumgehalte gewählt werden, die zwischen 0,0 und 0,5 * niedriger liegen als der jeweiligen maximalen Aluminiumlöslichkeit bei dieser Temperatur entspricht.
2) Magneaiumlegierungen nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein weiteres Legierungselement der folgenden Gruppe vorhanden ist: Calcium, Zirkon, Titan, Silizium, Strontium, Yttrium, Czr, Barium.
3) Magnesiumlegierungen nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Gehalte an den aufgeführten Legierungselementen vorzugsweise zwischen 0,01 und 5,0 Ges.* liegen.
4) Magnesiumlegierungen nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß ein drittes Legierungselement der folgenden Gruppe vorhanden ist: Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Chlor, Brom.
5) Magnesiumlegierungen nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die zugesetzten Legierungselemente untereinander Verbindungen oder cluster bilden, die eine Dispersionsverfestigung bewirken.

Claims

6) Magnesiumlegierungen nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die gasförmigen Legierungselemente entweder

in die Schmelzeγoder auf die Schmelze aufgeblasen werden oder aus einem Reagenz entstehen, das bei der Begierungstemperatur ein Gas abspaltet, oder mit erhöhtem Partialdruck über der Schmelze, der auch über 1 at. hinausgehen kann, angeboten werden.