DE932987C - Magnesiumlegierungen mit hoher Warmfestigkeit - Google Patents

Description

• Magnesiumlegierungen mit hoher Warmfestigkeit Magnesiumlegierungen mit verhältnismäßig guten Festigkeitseigenschaften bei höheren Temperaturen sind bereits früher bekanntgeworden. In erster Linie wurde die Erhöhung der Warmfestigkeit durch einen Gehalt der Legierungen an Cer bedingt; neuerdings hat man zur Erzielung einer ähnlichen Wirkung auch einen gleichzeitigen Zusatz von Mangan, Kalzium, Nickel oder Kobalt vorgeschlagen; auch Legierungen des Magnesiums mit Aluminium, Silber und Mangan sollen gute Eigenschaften in der Wärme aufweisen. Nach einem bisher unveröffentlichten Vorschlag ,soll auch ein Zusatz von Thorium, gegebenenfalls in Verbindung mit Cer, Legierungen ergeben, die in bezog auf ihre Festigkeitseigenschaften in der Wärme den entsprechenden Legierungen mit Cer allein überlegen sind. Die bekannten Legierungen dieser Art weisen jedoch samt und ,sonders den Nachteil auf, daß eine technisch brauchbare Festigkeit nur bei Temperaturen bis zu etwa 20o° C, höchstens bis zu 25o° C, erhaltenbleibt, während sie bei den noch höheren Temperaturen einen sehr raschen Abfall erleidet. Für viele Zwecke ist es jedoch erwünscht, über Legierungen zu verfügen, die auch bei noch höheren Temperaturen technisch brauchbare Festigkeiten, insbesondere Härte, aufweisen, so daß jeder Fortschritt in dieser Richtung von besonderer Bedeutung ist. Außer der Härte ist vielfach auch eine möglichst hohe Zähigkeit erwünscht. Es würde nun gefunden, daß ein Zusatz von Zirkon zu Magnesiumlegierungen, die in an sich bekannter Weise Thorium, und gegebenenfalls daneben auch Cer; als warmhärtesteigernde Bestandteile enthalten, den Abfall der Warmfestigkeit bzw. Warmhärte zu höheren Temperaturen verschiebt: Die Menge des erfindungsgemäß zuzusetzenden Zirköns liegt zwischen etwa o,i und 2'0% und beläuft sich vorzugsweise auf i %, wobei die Grundlegierung Thorium in Mengen von bis zu 12%, vorzugsweise zwischen i und 50/0, und Cer, falls vorhanden, in Mengen von bis zu i2 %, vorzugsweise bis zu 5 %" enthält.
• So weist beispielsweise eine Legierung mit 2% Thorium und o,8 % Zirkon, Rest Magnesium, bei 25o° C eine Brinellhärte von 34 kg/MM2 und bei 300° C eine Brinellhärte von 33,5 kg/mm2 auf; erst im Bereich von 300 bis 35o° C fällt die Warmhärte stark ab; beträgt aber-bei 350°-C immer*noch 26 kg/-mm2. Ähnlich verhält sich eine Legierung mit 2,5% Thorium und o,70/0_ Zirkon. -Die Härte bleibt im Bereich von 25o bis 30o° C konstant bei 35 kg/MM2 und fällt alsdann bei 35o° C auf 27 kg/mm2 ab. Bei gleichzeitiger Anwesenheit von Cer werden noch wesentlich bessere Ergebnisse erreicht. So beträgt die Brinellhärte einer Legierung -mit 3,3 % Thorium, 3,40/0 Cer und 0,7 % Zirk an bei -250'C 5i kg/mrn2, bei 300'C noch 46,5 kg/mm2 und ist: bei 3-50° C nur auf 3i kg/mm2 gesunken. Demgegenüber hat eine Legierung mit einem,Gehalt an Thorium von 3,2 0/a, an Cer von3,3 0/0, aber ohne Zirkon, bei 25o° C eine Härte von nur 47 kg/MM2 und bei 300° C eine Härte von nur 38 kg/mm2, während eine Legierung mit 3,1% Ce und-ö;55°/0- Zr, jedoch ohne Thorium, bei 300° C eine Härte von nur 33,6 kg/MM2 und bei 35o° C eine Härte von nur 18,3 kg/MM2 aufweist.
• Auch die hohen Warmfertigkeiten der beschriebenen Legierungen gehen aus der folgenden Zahlentafel hervor:

  Zahlentafel i

  Legierung Temperatur- fBtig eit Dehnung se#lng Streckgrenze

  'C kg/MM2 % % kg/-m2

  150 Io,I 22,6 29,9 3,9

  2,5 % Th, o,60/, Zr 200 9,5 24,5 38,6 3,7

  (Sandguß) 250 - 9,6 22,5 33,3 4,4

  300 9,= 18,3 41,3 3,9

  1,8 % Th, 0,75 (,/o Zr 150

  12,1 27,5 547

  5,9

  (Kokillenguß) 300 i0,8 15,2 37,0 5,6

  In den höhen Einschnürungen kommt die hohe Zähigkeit des Materials zum Ausdruck.
• Auch die Dauerstandfestigkeitseigenschaften der Legierungen gemäß Erfindung verhalten sich außerordentlich günstig. So ergab ein Versuch mit der in der Zahlentafel i an zweiter Stelle genannten Legierung mit 5 kg/.mm2 Belastung bei 15o° C über 45 Stunden bei einer Belastungsdehnung von 0,13% praktisch kein Fließen Mit einer Belastung von io kg/MM2 bei i50° C über i50 Stunden ergab sich eine Belastungsdehnung von q.,40/0, aber ebenfalls kein Fließen. Bei höheren Belastungen nehmen die Belastungsdehnungen zwar große Werte an, aber das Kriechen bleibt noch bei Belastungen bis zu ro kg/mm? -praktisch aus. Die stufenweise Weiterbelastung eines Stabes der genannten Legierung ergab folgende Werte:

  Zahlentafel 2

  Nach o Stunden Belastung 7 kg/mm2, o,760/(, Dehnung

  _ 67 - - 8 - 9,8I0% -

  - 163 9 - _ , 1,69 0/0 - kein- wesentliches Kriechen

  - 2iz -. _ . - =o - 3,37% -

  Durch Kaltverformung (Vorreckung bzw. Vorstauchung, je nach der Art der späteren Warmbelastun@g) gelingt es, auch die bei diesen Versuchen beobachteten verhältnismäßig hohen Belastungsdehnungen wesentlich herabzusetzen; eine ähnliche Wirkung wird jedoch auch dadurch erreicht, daß man, wie -bereits weiter oben beschrieben, den Legierungen gleichzeitig gewisse Mengen von Cer zusetzt; so beträgt dieAnfangsdehnung einer Legierung mit 3,3%, Thorium, 3,40/a Cer und 0,70%o Zirkon mit einer Belastung von 7 kg/MM2 bei i50° C nur o, 17 0/a, bei 8 kg/mm2 nur o;2 0la ohne Fließen, bei To kg/MM2 nur o,250/0 ohne Fließen. Eine Legierung mit gleichen Thorium- und Cergehalten, aber ohne Zirkon, zeigte bei 8 kg/mm2 eine Belastungs,dehnung von 0,6%.
• Den Legierungen .gemäß Erfindung können ohne Beeinträchtigung ihrer guten Eigenschaften durch anwesendes Zirkon nicht ausgefällte Legierungsbestandteile, wie Silber, Thallium, Kupfer, Beryllium, Wismut, Blei und Kalzium, insbesondere aber auch Zink und Kadmium, in begrenzten Mengen (insgesamt nicht mehr als etwa i o 0/a) zugesetzt werden. Die Herstellung der Legierungen gemäß Erfindung erfordert wegen der hohen Schmelzpunkte des Thoriums und des Zirkons sowie der mit ihrem hohen spezifischen Gewicht zusammenhängenden Neigung zur Ausseigerung besondere Vorkehrungen. Man kann die Legierungen mit Hilfe von Vorlegierungen herstellen, die reich an Thorium und Zirkon sind. Zweckmäßiger ist es aber, Thori@um und Zirkon, gegebenenfalls in Form von durch Magnesium reduzierbaren Verbindungen, in berechnetem Mengenverhältnis in eine vorbereitete Schmelze von Magnesium einzutragen, die Schmelze in Gegenwart eines der bekannten Flußmittel unter Verwendung einer Inertgasatmosphäre, z. B. Argon, längere Zeit unter Rühren auf hohe Temperaturen, z. B. 9oo bis 95o° C, zu überhitzen und alsdann unter schroffer Abschreckung, gegebenenfalls unter Druck, zu vergießen. Die Legierungen gemäß Erfindung können :sowohl im Gußzustand als auch in Form von Kneterzeugnissen Verwendung finden.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Legierungen mit guten Festigkeitseigenschaften bei höheren Temperaturen, gekennzeichnet durch einen Gehalt von o,i bis i2o/o Thorium und o,i bis 2%, vorzugsweise etwa i % Zirkon, Rest Magnesium.
2. 2. Legierungen nach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen weiteren Gehalt von bis zu i2 %, vorzugsweise bis zu 51/o Cer.
3. 3. Legierungen nach Anspruch i und 2, gekennzeichnet durch einen weiteren Gehalt an den Metallen Silber, Thallium, Kupfer, Beryllium, Wismut, Blei, Kalzium, Zink und Kadmium einzeln oder zu mehreren, jedoch in einer Gesamtmenge von nicht mehr als i o °/o.