DE2657091A1 - MAGNESIUM ALLOYS - Google Patents
MAGNESIUM ALLOYSInfo
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Description
Magnesiumlegierungen werden in zahlreichen Anwendungsfällen
verwendet, wo geringes Gewicht wesentlich 1st, insbesondere in der Luftfahrttechnik. Es ist bekannt, daß Magnesiumlegierungen
über gute mechanische Eigenschaften verfügen, insbesondere hohe Streckgrenze, die auch bei erhöhten
Temperaturen erhalten bleiben. Solche Legierungen enthalten Silber - gewöhnlich 2 bis 3 Gew.I - und Neodym,
welches in der Form einer Mischung von Metallen Seltener
Erden zugefügt werden kann.Magnesium alloys are used in numerous applications where light weight is essential, particularly in aerospace engineering. It is known that magnesium alloys have good mechanical properties, in particular high yield strength, which are retained even at elevated temperatures. Such alloys contain silver - usually 2 to 3 percent by weight - and neodymium,
which is in the form of a mixture of metals more rarely
Earth can be added.
70 9826/075770 9826/0757
Magnesium Elektron Limited 37/39Magnesium Elektron Limited 37/39
Eine bekannte Magnesiumlegierung (DT-OS 25 58 915), enthält Silber, Neodym, Thorium und eventuell Yttrium. Es wird angenommen, daß das Yttrium die Stabilität der Festigkeitseigenschaften der Legierungen bei hohen Temperaturen (in der Größenordnung von 250 0C) verbessert und auch den Widerstand gegen Kriechen. Die bekannten bevorzugten Yttrium und Thorium enthaltenden Legierungen (DT-OS 25 58 915) enthalten jedoch mindestens drei Gew.% Yttrium. Yttrium ist ein teures Material.A well-known magnesium alloy (DT-OS 25 58 915) contains silver, neodymium, thorium and possibly yttrium. It is believed that the yttrium improves the stability of the strength properties of the alloys at high temperatures (on the order of 250 ° C.) and also improves the resistance to creep. However, the known preferred yttrium and thorium-containing alloys (DT-OS 25 58 915) containing at least three wt.% Yttrium. Yttrium is an expensive material.
Es wurde nun gefunden, daß für das Gießen geeignete Legierungen mit vorteilhaften mechanischen Eigenschaften, wie z. B. Widerstand gegen Kriechen bei erhöhten Temperaturen, durch den Zusatz kleinerer Mengen an Yttrium zu den Silber und Neodym enthaltenden Magnesiumlegierungen erhalten werden können. Wenn der Yttriumgehalt geringer als 0,5 Gew.% ist, sollte Thorium ebenfalls zugegen sein.It has now been found that alloys suitable for casting with advantageous mechanical properties, such as e.g. B. Resistance to creep at elevated temperatures can be obtained by adding smaller amounts of yttrium to the silver and neodymium containing magnesium alloys. If the yttrium content is less than 0.5 wt.%, Thorium should also be present.
Die erfindungsgemäße Magnesiumlegierung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie außer Eisen und anderen Verunreinigungen die folgenden Bestandteile in Gew.I enthält:The magnesium alloy according to the invention is characterized by that, in addition to iron and other impurities, it contains the following components in weight I:
Mg mindestens 8 8 % Mg at least 8 8 %
Ag 1.6-3.51Ag 1.6-3.51
Metalle Seltener Erden,Rare earth metals,
davon mindestens 60 % Neodym 0.1 - 2.3 % of which at least 60 % neodymium 0.1 - 2.3 %
Th 0-2.3Th 0-2.3
Y 0.1 - 2.5 % Y 0.1 - 2.5 %
Zn 0 - 0.5 % Zn 0 - 0.5 %
Cd 0 - 1.0 % Cd 0 - 1.0 %
Li 0 - 6.0 % Li 0 - 6.0 %
Ca 0 - 0.8 ICa 0 - 0.8 I.
Ga 0 - 2.0 --ο Ga 0 - 2.0 - o
In 0 - 2.0 IIn 0 - 2.0 I.
Tl 0 - 5.0 % Tl 0 - 5.0 %
70982 6/075770982 6/0757
Magnesium Elektron Limited 37/39Magnesium Elektron Limited 37/39
Pb O - 1 .0 % Pb O - 1 .0 %
Bi 0-1.0 % Bi 0-1.0 %
Cu 0-0.15%Cu 0-0.15%
Zr 0 - 1.0 % Zr 0 - 1.0 %
Mn 0 - 2.0 % ,Mn 0 - 2.0 % ,
wobei der Betrag an Metallen Seltener Erden und Thorium zusammen 3,0 % nicht überschreiten, und wobei, wenn nicht mehr als 0,5 % Yttrium zugegen ist, die Mindestmenge anwhere the amount of rare earth metals and thorium combined does not exceed 3.0%, and where, if not more than 0.5 % yttrium is present, the minimum amount
Thorium durch die Gleichung r^'- _ 0.5 - / Y./ Thorium by the equation r ^ '- _ 0.5 - / Y. /
-> 4-> 4
definiert ist, in welcher /Thj und [YJ die prozentualen Mengen an Thorium bzw. Yttrium angeben.is defined in which / Thj and [YJ indicate the percentage amounts of thorium and yttrium, respectively.
Die Mindestmenge an Thorium ist derart, daß sie bei Yttriumgehalten von 0,5 % oder mehr den Wert.Null besitzen kann und linear bis zu einem Wert von 0,1 % bei dem minimalen Yttriumgehalt von 0,1 % nach Maßgabe der vorstehenden Gleichung ansteigt.The minimum amount of thorium is such that it can have the value zero at yttrium contents of 0.5% or more and increases linearly up to a value of 0.1 % at the minimum yttrium content of 0.1 % in accordance with the above equation .
Es sollte beachtet werden, daß Yttrium nicht als Metall der Seltenen Erden angesehen wird.It should be noted that yttrium is not considered a rare earth metal.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird der Minimalgehalt an Thorium durch die Gleichung Γ™, 7 _ 1 - [YJ In one embodiment of the invention, the minimum thorium content is given by the equation Γ ™, 7 _ 1 - [YJ
L -* 4.5 definiert, wenn weniger als 1 % an Yttrium zugegen ist. L - * 4.5 defined when less than 1 % of yttrium is present.
In dieser Ausführungsform beträgt die Minimalmenge an Thorium Null bei Yttriumgehalten von 1 % oder darüber und nimmt linear bis zu einem Wert von 0,2 % bei dem minimalen Yttriumgehalt von 0,1 % zu.In this embodiment, the minimum amount of thorium is zero at yttrium contents of 1 % or above and increases linearly up to a value of 0.2 % at the minimum yttrium content of 0.1 % .
709826/0757709826/0757
Magnesium Elektron Limited 37/39Magnesium Elektron Limited 37/39
A-A-
Die Metalle der Seltenen Erden umfassen vorzugsweise mindestens 75 Gew.% Neodym. Sie enthalten vorzugsweise nicht mehr als 15 % Cer und Lanthan zusammengenommen, wobei nicht mehr als 3 % besonders bevorzugt werden, weil diese Elemente die mechanischen Eigenschaften der Legierung ungünstig beeinflussen können. Es ist von Vorteil, wenn Ger und Lanthan im wesentlichen nicht vorhanden sind.The rare earth metals preferably comprise at least 75% by weight neodymium. They preferably contain no more than 15 % cerium and lanthanum combined, with no more than 3 % being particularly preferred because these elements can adversely affect the mechanical properties of the alloy. It is beneficial if ger and lanthanum are essentially absent.
Zirkon kann in einer Menge bis zu 1,0 %, vorzugsweise mindestens 0,4 %, als Kornverfeinerer zugegen sein. Bis zu 2,0 % Mangan können auch zugegen sein, jedoch wird der maximale Betrag an Zirkon und Mangan zusammen durch ihre gegenseitige Löslichkeit begrenzt.Zirconium can be present as a grain refiner in an amount of up to 1.0 %, preferably at least 0.4 %. Up to 2.0 % manganese can also be present, however the maximum amount of zirconium and manganese together is limited by their mutual solubility.
Andere in Magnesium löslich Elemente können zugegen sein, vorausgesetzt, daß sie nicht durch Bildung von Verbindungen die Härtebehandlung stören oder den Schmelzpunkt hinreichend herabsetzen, um eine Lösung der Metalle der Seltenen Erden bei der Wärmebehandlung zu verhindern. Diese Elemente schließen ein:Other elements soluble in magnesium may be present, provided that they do not interfere with the hardening treatment by forming compounds or the melting point sufficiently to prevent the rare earth metals from dissolving during the heat treatment. These Elements include:
Zink 0 - 0.5 % Zinc 0 - 0.5 %
Cadmium 0-1.0%Cadmium 0-1.0%
Lithium . . 0-6.0Lithium. . 0-6.0
Calcium 0-0.8Calcium 0-0.8
Gallium 0 - 2.0 % Gallium 0 - 2.0 %
Indium 0 - 2.0 IIndium 0 - 2.0 I.
Thallium . 0 - 5.0 % Thallium. 0 - 5.0 %
Blei 0 - 1 .0 % Lead 0 - 1 .0 %
Wismuth - 0 - 1.0 % Bismuth - 0 - 1.0 %
Kupfer 0 - 0.15°sCopper 0 - 0.15 ° s
Um optimale mechanische Eigenschaften zu erhalten, beträgtIn order to obtain optimal mechanical properties, is
der Silbergehalt vorzugsweise 2 bis 3 %. the silver content is preferably 2 to 3 %.
70 9826/075770 9826/0757
Magnesium Elektron Limited 37/39Magnesium Elektron Limited 37/39
• 8 -• 8th -
Eine Wärmebehandlung ist normalerweise erforderlich, um optimale mechanische Eigenschaften in der Gußlegierung zu erzielen. Die Wärmebehandlung umfaßt allgemein eine Vergütungsbehandlung bei einer erhöhten Temperatur, woran sich Abschrecken und Aushärten anschließen, um eine Ausscheidungshärtung zu erzielen. Das Lösungsglühen kann bei einer Temperatur von 485 C bis zur Solidustemperatur der Legierung und das Aushärten bei einer Temperatur zwischen 100 °C bis 275 0C durchgeführt werden. Typische Bedingungen umfassen ein Lösungsglühen bei etwa 525 0C für etwa 8 Stunden und ein Aushärten bei etwa 200 0C für 16 Stunden.Heat treatment is normally required to achieve optimal mechanical properties in the cast alloy. The heat treatment generally includes an aging treatment at an elevated temperature, followed by quenching and hardening to achieve precipitation hardening. The solution heat treatment can be at a temperature of 485 C to the solidus temperature of the alloy, and curing at a temperature between 100 ° C. to 275 0 C. Typical conditions include solution heat treatment at about 525 ° C. for about 8 hours and hardening at about 200 ° C. for 16 hours.
Falls die Legierung mehr als 0,1 % Kupfer enthält, sollte der Hochtemperaturbehandlung eine Behandlung vorausgehen,
deren Temperatur 4S5 0C nicht übe
um ein Anschmelzen-zu verhindern.If the alloy contains more than 0.1 % copper, the high-temperature treatment should be preceded by a treatment, the temperature of which does not exceed 4S5 0 C.
to prevent melting.
deren Temperatur 4S5 0C nicht überschreitet, z. B. 465 0C,whose temperature does not exceed 4S5 0 C, z. B. 465 0 C,
Erfindungsgemäße Legierungen werden in den nachfolgenden Bei spielen beschrieben.Alloys according to the invention are described in the following cases play described.
Es wurden Legierungen der in der Tabelle angegebenen Zusammensetzungen hergestellt. Die Legierungen 1, 2 und 3 sind Vergleichsbeispiele.There were alloys of the compositions given in the table manufactured. Alloys 1, 2 and 3 are comparative examples.
Das Silber wurde als Reinsilber oder als Silber/-Magnesiumlegierung zugesetzt. Die Metalle der Seltenen Erden wurden als ein Mischmetall oder eine Magnesium/Seltene Erden-Zwischenlegierung zugesetzt. In beiden Fällen enthielten die Metalle Seltener Erden mindestens 60 Gew.% Neodym und nichtThe silver was available as pure silver or as a silver / magnesium alloy added. The rare earth metals were called a misch metal or a magnesium / rare earth intermediate alloy added. In both cases, the rare earth metals contained at least 60 wt% neodymium and not
709826/0757709826/0757
Magnesium Elektron Limited 37/39Magnesium Elektron Limited 37/39
mehr als 3 % Lanthan plus Cer. Das Thorium wurde zugesetzt als eine Magnesium/Thorium-Legierung oder als Reinthorium. Zirkon wurde zugesetzt als Magnesium/Zirkon-Zwischenlegierung oder über ein reduzierbares Zirkoniumhalogenid eingeführt. Yttrium wurde zugesetzt als Reinyttrium oder als eine Magnesium/Yttrium-Zwischenlegierung. more than 3 % lanthanum plus cerium. The thorium was added as a magnesium / thorium alloy or as pure thorium. Zircon was added as a magnesium / zirconium intermediate alloy or introduced via a reducible zirconium halide. Yttrium was added as pure yttrium or as a magnesium / yttrium intermediate alloy.
Die Gußprobestücke wurden bei 525 0C für 8 Stunden wärmebehandelt und anschließend abgeschreckt und für 16 Stunden bei 200 C ausgehärtet.The Gußprobestücke were heat treated at 525 0 C for 8 hours and subsequently quenched and cured for 16 hours at 200 C.
Die Streckgrenze und Zerreißfestigkeit und Dehnung wurden entsprechend dem Britischen Standard 3688 bei 250 0C gemessen. Die Kriecheigenschaft wurde entsprechend der Methode des Britischen Standards 3500, Teil 3, bei 250 °C gemessen. Die mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur wurden in Übereinstimmung mit dem Britischen Standard 18 gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle dargestellt.The yield strength and tensile strength and elongation were measured according to British Standard 3688 at 250 0 C. The creep property was measured according to the method of British Standard 3500 Part 3 at 250 ° C. The mechanical properties at room temperature were measured in accordance with British Standard 18. The results are shown in the table.
- Tabelle -- Tabel -
709826/0757709826/0757
fest igk.Tear
firm igk.
nung % Deh
tion
fest igk.Tear
firm igk.
nung % Deh
tion
für 0.2 % load
for 0.2 %
nung in
100 StundenCreep
tion in
100 hours
grenzeStretch
border
grenzeStretch
border
Magnesium Elektron Limj Led 37/39Magnesium Elektron Limj Led 37/39
Während die Zugabe von Yttrium im wesentlichen keinen nachteiligen Einfluß auf die Festigkeitseigenschaften der Legierung ergab, führte sie zu einer bemerkenswerten Verbesserung des Widerstandes gegen Kriechen.While the addition of yttrium has essentially no detrimental effect Influence on the strength properties of the alloy resulted in a remarkable improvement of resistance to creep.
Bei Legierung 3 waren die Kriecheigenschaften der weniger als 0.5 % Yttrium und kein Thorium enthaltenden Legierung schlechter als bei ähnlichen Thorium und Yttrium enthaltenden Legierungen.For alloy 3, the creep properties of the less than 0.5 % yttrium and no thorium containing alloy were poorer than similar thorium and yttrium containing alloys.
Bezüglich der erfindungsgemäße Zusammensetzungen aufweisenden Legierungen können die folgenden Verallgemeinerungen getroffen werden:The following generalizations can be made with regard to the alloys comprising compositions according to the invention to be hit:
(a) Der Zusatz verhältnismäßig geringer Mengen an Yttrium zu Silber, Neodym und Thorium enthaltenden Magnesiumlegierungen ist für die Erhöhung des Kriechwiderstandes bei erhöhten Temperaturen vorteilhaft,(a) The addition of relatively small amounts of yttrium to magnesium alloys containing silver, neodymium and thorium is advantageous for increasing the creep resistance at elevated temperatures,
(b) Gute mechanische Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen können erzielt werden mit Legierungen, die Yttrium plus Thorium oder mindestens 0.5 % Yttrium enthalten.(b) Good mechanical properties at elevated temperatures can be achieved with alloys containing yttrium plus thorium or at least 0.5 % yttrium.
Das Yttrium kann den erfindungsgemäßen Legierungen zugesetzt werden als Reinyttrium, aber kann auch bei niedrigeren Kosten in der Form einer Mischung von Yttrium und Metallen Seltener Erden, mit mindestens 60 % , vorzugsweise mindestens 65 %t an Yttrium, zugesetzt werden.The yttrium can be added to the alloys of the invention as pure yttrium, but can also be added at lower cost in the form of a mixture of yttrium and rare earth metals with at least 60 %, preferably at least 65 % t of yttrium.
- Patentansprüche -- patent claims -
7 0 9 8 2 6/0757 /\ 7 0 9 8 2 6/0757 / \ 0RIQINAL inspected 0RIQINAL inspected
Claims (11)
als 1 % Yttrium zugegen ist. - - * 4.5
than 1 % yttrium is present.
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