DE69109788T2

DE69109788T2 - Verfahren um das Mikrolunkerverhalten von Magnesiumlegierungen zu verbessern.

Info

Publication number: DE69109788T2
Application number: DE69109788T
Authority: DE
Inventors: Jean Charbonnier; Gilles Nussbaum; Gilles Regazzoni
Original assignee: Pechiney Electrometallurgie SAS
Current assignee: Ferroglobe France SAS
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1991-09-26
Publication date: 1995-09-21
Anticipated expiration: 2011-09-27
Also published as: KR100225180B1; EP0478479B1; ES2071961T3; EP0478479A1; CA2052372C; FR2667328A1; CA2052372A1; DE69109788D1; NO913693L; NO179290B; FR2667328B1; NO179290C; US5223215A; JP2559306B2; NO913693D0; KR920006526A; JPH0867928A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, das die Verbesserung des Mikrolunkerverhaltens der Magnesiumlegierungen ermöglicht.
Man versteht hier unter Magnesiumlegierungen alle diejenigen, die zwischen 4 und 10 Gew.% Aluminium und entweder bis zu 3 % Zink und/oder bis zu 1 % Mangan, oder bis zu 1 % Silizium und/oder bis zu 1 % Mangan, Rest Magnesium enthalten.
Insbesondere kann man die Legierungen nennen, die gemäß den Normen von ASTM den folgenden Bezeichnungen entsprechen:
- AZ63 (Legierung, die gewichtsmäßig 6,0 % Aluminium, 3,0 % Zink, wenigstens 0,15 % Mangan enthält)
- AZ80 (Legierung, die gewichtsmäßig 8,5 % Aluminium, 0,5 % Zink, wenigstens 0,12 % Mangan enthält)
- AZ91 (Legierung, die gewichtsmäßig 8,7 % Aluminium, 0,7 % Zink, wenigstens 0,13 % Mangan enthält)
- AZ92 (Legierung, die gewichtsmäßig 9,0 % Aluminium, 2,0 % Zink, wenigstens 0,1 % Mangan enthält)
- AM60 (Legierung, die gewichtsmäßig 6,0 % Aluminium, 0,13 % Mangan enthält)
- AM100 (Legierung, die gewichtsmäßig 10,0 % Aluminium, 0,1 % Mangan enthält)
- AS41 (Legierung, die gewichtsmäßig 4,2 % Aluminium, 0,35 % Mangan enthält)
Die genannten Legierungen weisen gute mechanische Eigenschaften und eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber der Korrosion auf. Wenn sie jedoch aus flüssigem Metall durch Schwerkraftguß entweder in Sandform oder in dichte Form, oder durch Gießen unter Druck geformt werden, weisen sie allgemein in ihrer Masse Mikrolunker auf. Diese Lunker sind der Tatsache zuzuschreiben, daß sich während der Erstarrung eine Schrumpfung des Metalls ergibt, die mehrere Vol.% erreichen kann; wenn keine Zuführung flüssigen Metalls in die Schrumpfungszone vorgenommen wird, entsteht dann eine Leere, die sich durch die Bildung eines Hohlraums oder Lunkers zeigt.
Wenn das Erstarrungsintervall des Metalls sehr groß ist, wie dies bei den oben erwähnten Legierungen der Fall ist, bildet sich im Gußstück eine relativ ausgedehnte pastenförmige Zone, in der die Schrumpfung nach und nach erfolgt. Das flüssige Metall wird so veranlaßt, zwischen den festen Dendriten auf eine große Strecke vorzudringen, und kann die Hohlräume nicht füllen: Daraus ergibt sich die Bildung von Mikrohohlräumen, die zwischen den Körnern in der ganzen pastenförmigen Zone verteilt sind; diese nennt man Mikrolunker.
Nun neigen die Mikrolunker dazu, die mechanischen Eigenschaften der Teile zu verschlechtern, die sie enthalten. Außerdem bilden sie im Pall von Teilen mit dünnen Wänden offene Porositäten, die sie bei Verwendungen unbrauchbar machen, wo sie einem Druck ausgesetzt werden.
Wenn man aus diesen Legierungen Gußteile mit guten mechanischen Eigenschaften oder wenigstens dichte Gußteile herstellen will, stellt sich also das Problem, die Bildung dieser Mikrolunker zu verhindern, ohne jedoch anderen Eigenschaften, wie z.B. der Beständigkeit gegenüber der Korrosion, zu schaden.
Sicher ist dieses Problem nicht neu, und der Fachmann der Gießerei der Magnesiumlegierungen wurde veranlaßt, nach Lösungen zu suchen, um es zu überwinden.
So hat er beispielsweise gefunden, daß der Zusatz von Calcium ermöglichte, die Gegenwart von Mikroporositäten in den weiter oben aufgezählten Magnesiumlegierungen zu verringern. Man kann auf diesem Gebiet das britische Patent Nr. 847 992 nennen, in dem auf Seite 2, Zeilen 95-99 angegeben ist, daß die Magnesiumlegierungen mit einem hohen Gehalt an Aluminium und an Zink eine Neigung zur Bildung der Mikrolunker haben und daß die Anwesenheit von Calcium diese Neigung stark vermindert.
Jedoch kann man feststellen, daß die eingesetzten Mengen gemäß dem Anspruch 1 zwischen 0,5 % und 3 % liegen, was verhältnismäßig hoch ist und zu gewissen Herstellungsschwierigkeiten, wie insbesondere dem Kleben des Metalls und/oder der Teile am Werkzeug, führt.
Deshalb suchte die Anmelderin, eine andere Lösung zu finden, die weniger Nachteile aufweist. Dies führte sie zur Entwicklung eines Verfahrens zum Schwerkraft- oder Druckguß der Magnesiumlegierungen, die als hauptsächliche Zusatzelemente 4 bis 10 Gew.% Aluminium und entweder bis zu 3 % Zink und/oder bis zu 1 % Mangan, oder bis zu 1 % Silizium und/oder bis zu 1 % Mangan enthalten, mit dem Kennzeichen, daß man diesen Legierungen vor dem Gießen zwischen 0,01 und 2 Gew.% Strontium zusetzt.
So besteht die Erfindung darin, der Magnesiumlegierung ein Element der Familie der Erdalkalien zuzusetzen: das Strontium.
Sicher wurde das Vorliegen von Strontium in dem Magnesiutn sonst schon angegeben; man kann hierzu die britischen Patente 687 934, 687 935 und 1 354 363 nennen. Diese Druckschriften betreffen jedoch Legierungen, die Lithium und Zirkonium und/oder Cadmium und Silber enthalten. Was das Strontium betrifft, so erscheint es unter anderen Legierungselementen, wie dem Zink, dem Cadmium, dem Thorium, dem Quecksilber, dem Silber, dem Barium, dem Calcium, dem Blei, und dem Strontium wird keine besondere Funktion zugeordnet.
Tatsächlich stellte die Anmelderin fest, daß der Zusatz von Strontium in den weiter oben erwähnten Magnesiumlegierungen zur Wirkung hat:
- die Mikrolunkerbildung in einer verhältnismäßig begrenzten Zone des Teils und auf jeden Fall nahe dem Einguß der Form, d.h. dem nahe der Einspeisung liegenden Bereich zu konzentrieren, was eine Abtrennung dieser Zone ermöglicht, um ein gesundes Teil zu erhalten;
- den Abstand zwischen der minimalen Dichte und der Dichte der Legierung mit den stärksten Strontiumgehalten in sehr spürbarer Weise zu verringern;
- so die mechanischen Eigenschaften der erhaltenen Teile zu verbessern, ohne ihrer Korrosionsbeständigkeit zu schaden.
Die Menge an zugesetztem Strontium liegt im Bereich von 0,01 bis 2 Gew.% der Legierung, weil die Wirkung unter 0,01 % vernachlässigbar ist und sich der Zusatz über 2 % als schädlich erweist, da es eine Bildung einer großen Menge intermetallischer Verbindungen gibt, die das Metall verspröden.
Dieser Zusatz erfolgt vorzugsweise in elementarer Form gemäß den dem Fachmann bekannten Techniken.
Die folgenden Beispiele ermöglichen, die Erfindung besser zu verstehen.

Beispiel 1.

Es bezweckt, den jeweiligen Einfluß der Strontium- und Calciumzusätze auf die Dichte der Teile zu zeigen.
Quaderförmige Proben (15 x 30 x 250 mm³) werden unter gleichartigen Bedingungen in Sandformen bei der Temperatur von 700 ºC gegossen.
Nach dem Entformen werden die Proben mit Strahlen durchleuchtet, die Dichte wird gemessen, und man überprüft die Entwicklung der Dichte der Legierung als Funktion des Abstandes zum Gießeinguß.
Legierungen AZ91, die 0; 0,018; 1 und 2 % Strontium einerseits und 0,018; 1 und 2 % Calcium andererseits enthalten wurden diesem Verfahren unterworfen.
Die Ergebnisse erscheinen in den Figuren 1, 2 und 3, die es ermöglichen, für jeden der Gehalte den Einfluß sowohl des Calciums als auch des Strontiums zu vergleichen.
Man stellt fest, daß bei den Strontium enthaltenden Proben:
- die Dichte bei einem Abstand von 150 mm vom Einguß praktisch gleich der theoretischen Dichte der Legierung ist;
- die Zahl von Mikroporositäten um so geringer ist, je höher der Strontiumgehalt ist;
- die Fehler in einer wenig ausgedehnten Zone konzentriert sind, während der Rest der Probe gesünder als AZ91 ist.
Im Fall einer industriellen Anlage speist man die Fehlerzone mit einem verlorenen Kopf.
Was das Calcium betrifft, so übt es ebenfalls eine Wirkung aus, jedoch mit einem deutlich weniger großen Grad als das Strontium.

Beispiel 2.

Dieses Beispiel bezweckt, den Einfluß des Strontiums auf die mechanischen Eigenschaf ten der Legierung AZ91 zu zeigen.
Proben ohne Mikrolunker im Zustand T4 und T6, die 0 bzw. 0,3 % Strontium enthielten, wurden Versuchen bei Umgebungstemperatur unterworfen, und man maß die Werte der elastischen Grenze R 0,2, der Bruchfestigkeit Rm und der Dehnung A. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
Es sei daran erinnert, daß die Zustände T4 und T6 den Lösungswärmebehandlungen entsprechen, worauf im ersten Fall eine natürliche Alterungsbehandlung und im zweiten eine künstliche Alterungsbehandlung folgen. LEGIERUNG Rp 0,2 (MPa) Rm (MPa) A %
Man stellt fest, daß der Strontiumzusatz die mechanischen Zugeigenschaften nicht verändert und sogar die elastische Grenze der Legierung im Zustand T4 verbessert.
Weiter ist man, da die Anwesenheit von Strontium die Abwesenheit von Mikrolunkern gewährleistet, sicher, daß die erhaltenen Werte repräsentativ für die Eigenschaften des ganzen Teils sind, was in der Abwesenheit von Strontium viel schwieriger zu erreichen ist.

Beispiel 3.

Dieses Beispiel bezweckt, den Einfluß des Strontiums auf die Beständigkeit gegenüber der Korrosion zu zeigen.
Hierzu unterwarf man Proben von AZ91 mit einem Gehalt von 0, 0,018 und 0,3 % Strontium, die in der Mitte der gegossenen und T4- oder T6-behandelten Proben entnommen waren, der Wirkung einer wässerigen Lösung mit einem Gehalt von 5 Gew.% Natriumchlorid während 3 Tagen und maß danach den Gewichtsverlust der Probe.
Die Ergebnisse erscheinen in der folgenden Tabelle: LEGIERUNG VERLUST (mg/cm²/Tag)
Diese Ergebnisse zeigen, daß der Strontiumzusatz zu einer erheblichen Verringerung des Gewichtsverlusts der Probe, insbesondere für Gehalte von 0,3 % führt.
So vermindert die Abwesenheit von Mikrolunkern in spürbarer Weise die spezifische Oberfläche der Proben und verbessert folglich die Beständigkeit gegenüber der Korrosion.
Diese Erfindung findet ihre Anwendung insbesondere bei der Herstellung von Getriebegehäusekästen und Bauelementen von tragbaren Rechnern.

Claims

1. Verfahren zum Gießen der Magnesiumlegierungen durch Schwerkraft oder unter Druck, die als Hauptzusatzelemente und gewichtsmäßig 4 bis 10 % Aluminium und entweder bis zu 3 % Zink und/oder bis zu 1 % Mangan, oder bis zu 1 % Silizium und/oder bis zu 1 % Mangan enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß man den Legierungen vor dem Gießen zwischen 0,01 und 2 Gew.-% Strontium zusetzt.

2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strontium in elementarer Form zugesetzt wird.