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Verbesserung von Festigkeitseigenschaften, insbesondere der Quetschgrenze
von Erzeugnissen aus Magnesium und Magnesiumlegierungen Bei der Warmverformung von
Magnesium und Magnesiumlegierungen wurde die Beobachtung gemacht, daß die in bekannter
Weise durch die Verformung bewirkte Steigerung der Festigkeitseigenschaften im Gegensatz
zu anderen Metallen sich in erster Linie auf die Beanspruchung bei Zug erstreckt,
während die Verbesserung der elastischen Eigenschaften gegen Druck und Torsion im
Verhältnis wesentlich geringer ist. So beträgt die Quetschgrenze dieser Metalle
nach normaler \Varmverformung nur etwa die Hälfte der Streckgrenze.
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Eine weitere Verfestigung des warmver--.. formten Magnesiums und seiner
Legierungen kann zwar durch eine nachträgliche Kaltverformung erzielt werden. Es
zeigt sich jedoch hierbei, daß zwar die absoluten Werte der Streckgrenze sowohl
als auch der Ouetschgrenze gesteigert werden, daß das ungünstige Verhältnis von
Streckgrenze zu Quetschgrenze jedoch bestehen bleibt.
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Auch die Drehgrenze, die im allgemeinen bei den Metallen nur etwa
die Hälfte der Streckgrenze beträgt, liegt bei dem unter normalen Bedingungen warmverformten
Magnesium und Magnesiumlegierungen nur bei höchstens etwa 1/4 der Streckgrenze,
und auch dieses Verhältnis wird durch eine nachträgliche Kaltverformung nicht auf
das bei anderen Metallen bestehende Verhältnis gebracht.
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Für zahlreiche technische Verwendungszwecke des Magnesiums und seiner
Legierungen ist eine Verbesserung dieser ungünstigen Beziehung zwischen der Streckgrenze
einerseits und gewissen anderen Festigkeitseigenschaften, insbesondere der Ouetschgrenze,
andererseits erwünscht. Durch das Verfahren gemäß der Erfindung gelingt es nun,
die erwähnten Verhältnisse in der gewinschten Richtung zu verändern.
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- Bei der Warmverformung von Magnesium und Magnesiumlegierungen, die
im allgemeinen bei Temperaturen zwischen 2oo° und 5oo° erfolgt, wird die Geschwindigkeit
der Verformung aus wirtschaftlichen Gründen allgemein so hoch bemessen, wie es ohne
Schädigung des Materialzusammenhanges irgend möglich ist. Die im einzelnen Fall
sich ergebende, wirtschaftlich günstigste höchste Verformungsgeschwindigkeit ist
abhängig von der Verformungstemperatur und den plastischen Eigenschaften der verwendeten
Legierung. Zweckmäßig ist die höchstmögliche Verformungsgeschwindigkeit für die
betreffende
Legierung bei geeigneter Temperatur in üblicher Weise zunächst durch Einregelung
der Vorrichtung oder Maschine auf Höchstleistung festzustellen. Die hierbei. für
den betreffenden Verformungsmechanismus gerade noch ohne Bruch des Werkstückes mögliche
höchste V erforAungsgeschwindigkeit (beispielsweise die höchste Austrittsgeschwindigkeit
von Stangen aus der Preßmatrize) wird nachstehend als normal bezeichnet.
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Gemäß der Erfindung kann nun zunächst die gewünschte Verbesserung
des Verhältnisses der Festigkeitseigenschaften dadurch erreicht werden, daß die
Verformung mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die wesentlich unterhalb der normalen
Ver formungsgeschwindigkeit liegt und zweckmäßig weniger als die Hälfte derselben
beträgt. Ein anderer Weg, der mit gleichem Erfolg beschritten werden kann, besteht
darin, daß das mit einer beliebigen, insbesondere auch mit der normalen Geschwindigkeit
verformte Material gleichzeitig mit dem Fortfall der Wirkung der die Verformung
bedingenden äußeren Kräfte auf eine Temperatur abgeschreckt wird, bei der eine Veränderung
des Kristallgefüges nach Größe und Anordnung nicht mehr eintritt. Das Abschrecken
des Metalls kann mit kaltem oder warmem Wasser, 01, Preßluft o. dgl. erfolgen,
wobei z. B: im Falle des Stangenpressens das Kühlmittel in die nächste Nähe der
Ausflußöffnung der Matrize gebracht wird.
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Im nachstehenden soll die Anwendung des Verfahrens an Hand von Beispielen
bei der Herstellung von gepreßten Profilen auf einer Stangenpresse geschildert werden.
Es wird aber bemerkt, daß die Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens sich auf jede
Art von Warmverformung, insbesondere also auch auf Körperpressen, Schmieden, Walzen
und Ziehen erstreckt. Beispiel i Auf einer Strangpresse wurde bei einer Preßtemperatur
von q.50° eine Rundstange mit 25 mm.e' ausReinmagnesium hergestellt. Die nach der
eingangs gegebenen Definition als normal zu bezeichnendePreßgeschwindigkeit betrug
i i o mm/Sek. Im abgekühlten Zustande wurde die Streckgrenze des Materials zu 15
kg/qmm und die Quetschgrenze zu 6 kg/qmm ermittelt. Die Drehgrenze betrug 2,9 kg/qmm.
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. Bei gleicher Temperatur wurde das gleiche Material auf eine Rundstange
gleicher Art, jedoch mit extrem herabgesetzter Preßgeschwindigkeit, nämlich 5 mm/Sek.
verpreßt. In diesem Falle wurde eine Quetschgrenze von i i hg/qmm und eine Drehgrenze
von 5,1 kg/qmm festgestellt, während die Streckgrenze mit 15 kg/qmm gegenüber dem
normal verpreßten Material unverändert blieb.
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Beispie12 Eine Magnesiumlegierung mit 6,5°/o Aluminium, il/, Zink,
0,3 °/o Mangan sowie den bei Magnesiumlegierungen vorkommenden kleineren Verunreinigungen
wurde bei einer Temperatur von 300° in einer Strangpresse auf 25-mm-Rundstangen
verpreßt. Entsprechend der geringeren Plastizität dieser Legierung lag die normale
Preßgeschwindigkeit in diesem Falle niedriger und betrug nur etwa 5o mm/Sek. An
diesem Material wurde eine Streckgrenze von 22,5 kg/qmm, eine Quetschgrenze von
14 kg/qmm und eine Ermüdungsfestigkeit (Biegeschw ingungsprobe) von z2 kg/qmm festgestellt.
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Bei der gemäß Erfindung vorgenommenen Warmverformung betrug unter
sonst gleichen Verhältnissen die Verformungsgeschwindigkeit io mm/Sek. An diesem
Material wurde die Quetschgrenze zu 22 kg/qmm, die Biegeschwingungsfestigkeit zu
16 kg/qmm ermittelt, während die Streckgrenze mit 22 kg/qmm auch hier gegenüber
dem normal verpreßten Material unverändert blieb. Beispiel 3 Auf einer Stangenpresse
wurde eine Rundstange mit 25 mm -0' aus Reinmagnesium bei einer Preßtemperatur von
300° hergestellt, wobei die normale Preßgeschwindigkeit 130 mm/Sek. betrug. Das
erhaltene Material wies eine Streckgrenze von 16 kg/qmm, eine Quetschgrenze von
6,5 kg/clmm und eine Drehgrenze von 3,7 kg/qmm auf.
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Der gleiche Versuch unter kräftiger Abschreckung der aus der Matrize
austretenden Rundstange mit kaltem Wasser bis zur Erreichung einer Temperatur von
weniger als 200° ergab ein Material, dessen Streckgrenze wiederum mit 16 kg/qmm
unverändert blieb, dessen Quetschgrenze aber auf 13 kg/qmm und dessen Drehgrenze
auf 5,5 kg/qmm erhöht waren. Beispiel 4 Die in Beispiel 2 erwähnte Magnesiumlegierung
wurde auf einer Strangpresse bei einer Temperatur von etwa 35o° bei einer Preßgeschwindigkeit
von io mm/Sek: unter gleichzeitigem Abschrecken der aus der Matrize austretenden
Rundstange mit kaltem Wasser zu einer Rundstange von 25 mm-0' verpreßt. Dieses Material
hatte eine Streckgrenze von 2q.,8 kg/qmm und eine Quetschgrenze von 24,0 kg/qmm.
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Die Wahl zwischen den beiden geschilderten Verfahren bestimmt sich
nach Maßgabe
der Materialquerschnitte. Bei wachsenden Ouerschnittsabmessungen
erreicht man naturgemäß eine Grenze, von welcher ab die Abschreckung nicht mehr
genügend wirksam ist, so daß an sich eine Verformung mit wesentlich herabgesetzter
Geschwindigkeit vorzuziehen ist. Es kann jedoch in solchen Fällen auch eine Vereinigung
beider Verfahren vorteilhaft sein, indem man gleichzeitig die Verformungsgeschwindigkeit
gegenüber der normalen in geringerem Umfange herabsetzt und unmittelbar nach der
Verformung abschreckt.
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Das hier vorliegende Abschreckverfahren hat, worauf von vornherein
hingewiesen sei, mit dem bekannten Abschrecken bei Veredelungsverfahren nichts zu
tun, da diese letztere nur bei vergütbaren Legierungen anwendbar sind und das Eintreten
ihrer Wirkung lediglich von der Glühtemperatur, die aber keineswegs gleichzeitig
auch Verformungstemperatur zu sein braucht, abhängig ist.
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Wendet man das Verfahren der Warmverformung mit unmittelbar folgendem
Abschrecken gemäß Erfindung auf Reinaluminium an, so ergibt sich eine Erhöhung der
Zugfestigkeit, Elastizitätsgrenze und Streckgrenze bei gleichzeitiger Verringerung
der Dehnung, ähnlich wie bei einer Kaltverformung. Es ist also nach dem Verfahren
z. B. auch möglich, Aluminiumstangen, -drähte, -profile o. dgl. unmittelbar aus
der Verformungsvorrichtung in einem Zustande zu entnehmen, der nach dem bisherigen
Stand der Technik erst durch nachträgliches Kaltziehen erzeugt werden konnte. Während
die Anwendung des Verfahrens auf Reinaluminium somit eine ähnliche Wirkung ergibt,
wie sie durch Kaltverformung erzielt wird, wird bei Magnesium undMagnesiumlegierungen
durch das Verfahren eine völlig andersartige Verbesserung erreicht, die durch nachträgliche
Kaltverformung nicht zu erzielen ist.