DE679377C - Verfahren zum Veredeln von Magnesiumlegierungen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Veredeln von Magnesiumlegierungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von solchen Magnesiumlegierungen, die einer Veredelung auf Grund einer durch Wärmebehandlung herbeigeführten Ausscheidungshärtung zugänglich sind, und zwar insbesondere von Nilagnesiumlegierungen mit zwischen etwa 3% und 12% Aluminium.
• Für die Veredelung derartiger Legierungen ist bereits vorgeschlagen worden, die Legierungen zum ächst einer Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich steigender Löslichkeit des zur Bildung von Mischkristallen befähigten Legierungsbestandteiles zu unterwerfen (Homogenisierungsstufe) und darauf die Legierung entweder abzuschrecken und anschließend in einem tiefer gelegenen Temperaturbereich anzulassen oder aber sie einer künstlich verzögerten Abkühlung aus dem erstgenannten Temperaturbereich zu unterwerfen (Anlaßstufe).
• Theoretisch würde die obere Grenze für die in der Homogenisierungsstufe anzuwendenden Temperaturen durch den Soliduspunkt der Legierung gebildet werden, und da andererseits die Diffusionsgeschwindigkeit der 1-,egierungsmetalle mit steigenden Temperaturen stark zunimmt, liegt es nahe, zwecks Abkürzung der Behandlungsdauer die Glühbehandlung bei Temperaturen möglichst nahe unterhalb des Soliduspunktes durchzuführen. Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, daß die Anwendung so hoher Temperaturen zu einem teilweisen Schmelzen der Legierungen und damit auch zu Formänderungen der der *Wärmebehandlung zu unterwerfenden Werkstücke führt.
• Es wurde nun gefunden, daß dieses mit der Theorie anscheinend in Widerspruch stehende Verhalten der Legierungen darauf zurückzuführen ist, daß dieselben bei der Abkühlung nicht in dem sich aus dem Phasendiagrainm ergebenden Gleichgewicht erstarren. Die bei der Abkühlung sich bildenden magnesiumreichen Primärkristalle nehmen nämlich infolge der geringen Diffusionsgeschwindigkeit nicht die der Sättigungsgrenze im festen Zustande entsprechende Menge an Legierungsmetallen, beispielsweise Aluminium, in fester Lösung auf, so daß mehr oder weniger große Anteile der letzteren in Form eines interkristallinen Netzwerkes ausgeschieden werden, dessen Schmelzpunkt anscheinend mit dem des bei höheren Fremdmetallgehalten auftretenden Eutektikums übereinstimmt. Schon bei Legierungen mit etwa 311/, Aluminium machen sich Erscheinungen dieser Art bemerkbar. Man hat infolgedessen bei der Wärmebehandlung dieser Legierungen nur Temperaturen zur Anwendung bringen können, die unterhalb dieser eutektischen Temperatur liegen und die zur Erzielung der beabsichtigten Homogenisierung über entsprechend lange Zeiträume hinaus aufrechterhalten werden mußten. Da die hierbei in Frage el kommenden Zeiträume sich nach mehreren Tagen bemessen, wird die lange Dauer dieser Glühbehandlung im praktischen Betriebe als außerordentlich störend empfunden'.
• Es wurde nun beobachtet, daß schon nach einer verhältnismäßig kurzzeitigen Wärmebehandlung bei Temperaturen dicht unterhalb der Eutektikalen die Hauptmenge des interkristallin eingelagerten, leicht schmelzbaren Netzwerkes verschwindet, indem nämlich beträchtliche Anteile des letzteren in Form einer festen Lösung in die anfangs noch ungesättigten primären Magnesiumkristalle eintreten. Ist dieser Zustand aber einmal erreicht, so erscheint eine nachträgliche Steigerung der Behandlungstemperatur bis und über die eutektische Temperatur ohne die Gefahr möglich, daß infolge der Gegenwart leicht schmelzbarer Gefügebestandteile ein teilweis,es Schmelzen der Werkstücke mit seinen unerwünschten Folgeerscheinungen eintritt. Natürlich darf bei dieser Steigerung die der Legierungszusammensetzung auf Grund des Zustandsdiagramms entsprechende Solidustemperatur nicht überschritten werden.
• In der Zeichnung ist beispielsweise die magnesiumreiche Seite des Zustandsdiagramms der Magnesium-Aluminium-Legierungen wiedergegeben. Die ausgezogenen Linien A, B, C entsprechen den theoretischen Phasengrenzen im Gleichgewichtszustand der Legierungen, während die gestrichelt gezeichnete Liniengruppe D, E, F die bei einer normalen Abkühlung der Legierungen aus dem geschmolzenen Zustand sich einstellenden tatsächlich beobachteten Verhältnisse wiedergibt; die Liniengruppe D, E, F kann aber unter Umständen bis zu etwa, A, herab verschoben sein bei Abkühlungsbedingungen, die von den normalen abweichen.
• Gemäß Erfindung wird die Homogenisierungsstufe der Wärmebehandlung in zwei Unterstufen zerlegt, von denen die erste bei Temperaturen unterhalb der Eutektikalen, aber noch innerhalb des Temperaturgebiets der erhöhten Löslichkeit des die Vergütung bedingenden Legierungsmetalls durchgeführt wird und von verhältnismäßig nur kurzer Zeitdauer ist, während in der zweiten Unterstufe höhere Temperaturen, die zweckmäßig oberhalb der Eutektikalen liegen, zur Anwendung gelangen.
• Die Wirkung der ersten Unterstufe besteht nach dem Vorgesagten darin, daß der Hauptteil der in den Korngrenzen ausgeschiedenen fremdmetallreichen Bestandteile durch Diffnsion in die primären Kristalle zum Verschwinden gebracht werden. lin Hinblick auf die Zeichnung bedeutet dies, daß die gestrichelte Liniengruppe D, E, F nach links verschoben wird, so daß sie sich den ausgezogenen Linien A, B, G allmählich nähern und schließlich mit ihnen zusammenfallen.
• Hieraus folgt aber, daß die Temperaturen, bei denen ein auch nur teilweises Schmelzen von Bestandteilen der Legierung stattfindet, infolge des Verschwindens dieser leichtschmelzenden Bestandteile steigen und zum Schluß mit der ausgezogenen Soliduslinie im Zustandsdiagramm zusammenfallen. Dies heißt aber nichts anderes, als das im Anschluß eine Wärmebehandlung bei Temperaturen, die bei oder oberhalb der eutektischen liegen, vorgenommen und so die Homogenisierung in entsprechend kürzerer Zeit zum Abschluß gebracht werden kann.
• Nach der bisher üblichen Behandlungsweise wurde für die Hornogenisierung von Magnesitirn-Aluminium-Legierungen eine Wärmebelrandlung bei 430' während etwa 7:2 Stunden für erforderlich gehalten. Nach dem vorliegenden Verfahren dagegen, bei dem zunächst eine Vorbehandlung bei 430' während etwa 6 bis 9 Stunden erfolgt, wird die gleiche Wirkung schon nach einer Nachbehandlung bei 440' während etwa 15 bis 8 Stunden erreicht, so daß die Gesamtdauer der Wärmebehandlung nur etwa #,--i bis 17 Stunden beträgt.
• Die Wärmebehandlung bei den (gegenüber den eutektischen) erhöhten Temperaturen kann unmittelbar im Anschluß an die Vorbehandlung vorgenommen werden. Man kann aber auch nach Abschluß der Vorbehandlung den Werkstoff abschrecken und ihn später der Nachbehandlung bei der erhöhten Temperatur unterwerfen.
• Weitere Versuche haben gezeigt, daß man die Temperatur der Vorbehandlung schon während der letzteren allmählich steigern kann in dem Sinne, daß man mit der fortschreitenden Annäherun- der tatsächlichen Soliduslinie an ihren theoretischen Verlauf (entsprechend der allmählichen Annäherung der Linien D, E, F an die Linien A, B, C in dem Gleichgewichtsdiagramm) nachfolgt. Auf diese Weise wird ein allmählicher Cbergang der Vorbehandlungs- in die Nachbehandlungsstufe erzielt. Beispiel Eine Magnesiumlegierung mit 80/, Aluriiinium und o,31/, Mangan weist in normalem Zustand eine Zugfestigkeit von ig 1,g/mm-' und eine Dehnung von 5 7, (auf 5o mm Meßlänge) auf. Die Legierung wurde in einen elektrischen Ofen und in einer Kohlensäureatmosphäre zunächst einer Vorbehandlung Yährend 5 Stunden bei 420" unterworfen, worauf die Temperatur auf 4360 gesteigert und diese letztere Temperetur während 16 Stunden aufrechterhalten wurde. Nach Abschreckung der Legierung ergab sich eine Zugfestigkeit von :28kg/mm' und eine Dehnung von 5 % (auf 5o mm Meßlänge). Nach Abschluß der beschriebenen Wärmebehand-Itlii- kann die Legierung in an sich bekannter Weise zwecks weiterer Steigerung ihrer Festigkeitseigenschaften eine Anlaßbehandhing während 16Stunden bei i5o' erfahren.
• Neben dem den eigentliche Vergütung bedingenden Fremdinetallen, wie Aluminium, Zink u. dgl., können auch andere Metalle, wie Silicium, Mangan u. dgl., die eine Ausscheidungshärtung im Magnesium nicht zu erzeugen vermögen in kleiner Menge (bis zu etwa 2'J,) zugegen sein.

Claims (2)

1. PA,ilr-iNT,\ NS PR Ü CIIE: i. Verfahren zur Veredelung von Ma-#liesiumlegierungen, die einer Ausscheidungshärtung zugänglich sind, insbeondere von Magnesiumlegierungen mit zwischen etwa 3 % und 12 % Aluminium, dadurch gekennzeichnet, däß das Homogenisierungsglühen in zwei Stufen durchgeführt wird, von denen die erste bei Temperaturen unterhalb der eutektischen durchgefübrt wird und von verhältnismäßig kurzer Dauer, z. B. 6 bis 9 Stunden, ist, wällrend die Behandlung in der zweiten Stufe bei der eutektischen oder einer noch höheren Temperatur erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Behandlungsstufen miteinander verbunden werden, indem die Temperatur. allmählich, entsprechend der fortschreitenden Auf- nahme der leicht schmelzbaren Gefügebestandteile in die magnesiumreichen Mischkristalle, von einer unterhalb der eutektischen liegenden bis auf oder über die eutektische Temperatur erhöht wird.