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Publication number: DEK0024016MA
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 4. März 1939 Bekanmtgiemacht am 13. September 1956Registration date: March 4, 1939 Bekanmtgiemacht on September 13, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die bisher bekannten, hochprozentigen' Magnesiumlegierungen enthalten — mit vereinzelten, für Sonderzwecke bestimmten Ausnahmen — als Legierungsbildner im wesentlichen Aluminium und Zink, wobei der Aluminiumgehalt zwischen etwa 4 und io% und der Zinkgehalt bis zu etwa 3 °/o, und' zwar mit steigendem Aluminiumgehalt sinkend, beträgt. Diese bekannten Magnesiumgußlegierungen weisen je nach der besonderen Legierungszusammensetzung und je nach Art des Gießverfahrens (Sand-, Kokillen- bzw. Spritzguß) in unvergütetem Zustande eine Zugfestigkeit von 16 bis 22 kg/mm² bei einer Dehnung von 3 bis 12 % und einer Streckgrenze von 8 bis 16 kg/mm² auf (vgl. Werkstoffhandbuch Nichteisenmetalle, 1936, Blatt K 3·).The previously known 'high-percentage' magnesium alloys contain - with a few exceptions intended for special purposes - as alloy formers essentially aluminum and zinc, the aluminum content between about 4 and 10% and the zinc content up to about 3%, with increasing Decreasing aluminum content. These known cast magnesium alloys have a tensile strength of 16 to 22 kg / mm ² with an elongation of 3 to 12% and a yield point of 8 to 16 kg / mm ² (see Material Handbook for Non-Ferrous Metals, 1936, sheet K 3).

Ein Nachteil dieser bekannten Legierungen ist jedoch darin zu erblicken, daß sie bei der Erstarrung zur Bildung sogenannter »Mikrolunker« neigen. Unter »Mikrolunkern.« werden feine Haarrisse im Gefüge verstanden, die nicht nur eine Undichtigkeit des Gusses gegen einseitigen Druck von flüssigen oder gasförmigen Medien bedingen, sondern die auch infolge ihrer Kerbwirkung die an sich bei gesundem Gefüge erreichbaren guten Festigkeitseigenschaften, insbesondere an hochbeanspruchten Stellen mit entsprechender Werkstoffanhäufung, unter Umständen wesentlich beeinträchtigen. Man hat bisher versucht, dem Auftreten von Mikrolunkern durch reichere Verwendung von sogenannten Schreckplatten undi sonstigen Maßnahmen zur raschen Abkühlung der gefährdeten Gefügebereiche entgegenzuwirken; solche Maßnahmen sind aber in der Anwendung teuer und auch technisch schwierig zu beherrschen, und der Erfolg ist häufig nur ein teilweiser.A disadvantage of these known alloys, however, can be seen in the fact that they solidify tend to form so-called »micro-cavities«. There are fine hairline cracks under "micro-cavities." understood in the structure that not only a leakage of the cast against one-sided pressure from liquid or gaseous media, but also due to their notch effect Good strength properties that can be achieved with a healthy structure, especially on highly stressed Places with a corresponding accumulation of material, may significantly affect them. Attempts have been made so far to prevent the occurrence of micro-cavities by making more extensive use of so-called shock plates and other measures for the rapid cooling of the endangered To counteract structural areas; However, such measures are expensive to use and also technically difficult to master, and the success is often only partial.

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Die Erfindung betrifft Magnesiumlegierungen, die dank ihrer Zusammensetzung die bisher bekannten Magnesiumgußlegierungen in bezug auf mechanische Festigkeit nicht nur erreichen, sondem teilweise sogar erheblich übertreffen, dabei aber die Neigung der bekannten Magnesiumgußlegierungen! zur Bildung von Mikrolunkern nicht oder in nur sehr viel geringerem Grade aufweisen. Die Legierungen sind dadurch gekennzeichnet¹, daßThe invention relates to magnesium alloys which, thanks to their composition, not only reach the previously known cast magnesium alloys in terms of mechanical strength, but in some cases even exceed them considerably, but at the same time the tendency of the known cast magnesium alloys! for the formation of micro-cavities, or only to a much lesser extent. The alloys are characterized ¹ that

ίο sie das Element Cer in Mengen von mindestens ο, ι % und nicht mehr als etwa 2% sowie Zink in Mengen von wenigstens 0,5 °/o und höchstens 12 %, vorzugsweise jedoch nicht mehr als 8 °/o, enthalten.ίο They use the element cerium in amounts of at least ο, ι% and not more than about 2% and zinc in amounts of at least 0.5% and not more than 12%, but preferably not more than 8%.

Neben diesen Metallen können in den Legierungen solche Legierungsbildner enthalten sein, die auch bei Gegenwart der beiden¹ vorstehend genannten Hauptlegierungsbildner- in den bezeichneten Mengen im Magnesium in festem Zustande löslich sind, d. h. Mischkristalle bilden. Dies sind insbesondere Kadmium, Zinn und Silber, Die. Menge dieser weiteren Legierungsbildner kann erfiiidüngsgemäß bis zu 10%, vorzugsweise jedoch nicht mehr als 4 °/o, betragen. Es wurde jedoch gefunden], daß die Gegenwart von Aluminium, wenigstens in Mengen von mehr als etwa 1 °/o, die . günstigen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierungen auf Mg-Ce-Zn-Basis erheblich beeinträchtigen, so daß die Legierungen erfindungsgemäß Aluminium als beabsichtigten Legierungs- bestandteil nicht enthalten sollen.In addition to these metals such alloy-forming may be present in the alloys, which are also soluble in the presence of the two above-mentioned Hauptlegierungsbildner- ¹ in the designated amounts of magnesium in the solid state, that is, mixed crystals form. These are in particular cadmium, tin and silver, The. The amount of these further alloy formers can according to the invention be up to 10%, but preferably not more than 4%. However, it has been found] that the presence of aluminum, at least in amounts greater than about 1%, the. The favorable properties of the Mg-Ce-Zn-based alloys according to the invention are considerably impaired, so that the alloys according to the invention should not contain aluminum as the intended alloy component.

Ebenso wirkt die Gegenwart selbst geringster Mengen Silizium sich ungünstig auf die Eigenschaften der Legierungen aus; auch die Gegenwart von Antimon ist schädlich. Dagegen hat der normale Eisengehalt (etwa 0,05%) des Magnesiums, den man bei den bisher bekannten Magnesiumlegierungen als unerwünscht hoch ansah und daherThe presence of even the smallest amounts of silicon also has an adverse effect on the properties of alloys from; the presence of antimony is also harmful. On the other hand, the normal one has Iron content (about 0.05%) of the magnesium that is found in the previously known magnesium alloys regarded as undesirably high and therefore

durch Anwendung besonderer Verfahren zu verringern trachtete, bei den vorliegenden Legierungen nicht nur keine ungünstige Wirkung, sondern scheint sogar die Eigenschaften der Legierungen zu verbessern.attempted to reduce this by using special processes in the case of the present alloys not only does not have an adverse effect, but even seems to affect the properties of the alloys to improve.

Zum Zwecke der Verbesserung ihrer Korrosionsbeständigkeit werden die Legierungen gemäß Erfindung mit dem üblichen Manganzusatz in Höhe von 0,3 bis 0,8 °/o versehen, : ■ ■For the purpose of improving their corrosion resistance the alloys according to the invention with the usual amount of manganese added from 0.3 to 0.8 ° / o provided: ■ ■

Es wurde weiter gefunden, daß die Legierungen gemäß Erfindung durch entsprechende Wärmebehandlung eine sehr erhebliche weitere Verbesserung ihrer mechanischen Festigkeitseigenschaften erfahren. Die Wärmebehandlung besteht darin, daß die Legierungen bei möglichst hohen Temperaturen, d. h. möglichst nahe unter dem Soliduspunkt, mehrere Stunden geglüht und nach rascher Abkühlung, beispielsweise an der Luft, längere Zeit bei Temperaturen von 120 bis 250° angelassen werden. Für eine Legierung mit 0,75% Cer und 4% Zink hat sich beispielsweise eine Glühung bei 515⁰ während 5 Stunden Und ein Anlassen bei 175⁰ während! 20 Stunden als zweckmäßig erwiesen. Unter Umständen kann auch auf die homogenisierende Glühung verzichtet und die Wärmebehandlung auf das Anlassen beschränkt werden, wobeiallerdings die geschilderte Verbesserung der mechanischen Eigenschaften itti allgemeinen wesentlich geringer ist.It has also been found that the alloys according to the invention experience a very considerable further improvement in their mechanical strength properties through appropriate heat treatment. The heat treatment consists in annealing the alloys at the highest possible temperatures, ie as close as possible below the solidus point, for several hours and, after rapid cooling, for example in air, tempering them for a long time at temperatures of 120 to 250 °. For an alloy with 0.75% cerium and 4% zinc, for example, annealing at 515 ⁰ for 5 hours and tempering at 175 ⁰ for! 20 hours proved to be useful. Under certain circumstances, it is also possible to dispense with homogenizing annealing and limit the heat treatment to tempering, although the improvement in the mechanical properties described is generally much less.

Im nachstehenden wirdi eine Anzahl von Legierungen gemäß Erfindung beispielsweise angegeben und ihre mechanischen Festigkeitseigenschaften mitgeteilt. Zum Vergleich sind die entsprechenden Werte zweier Legierungen (Nr. 1 und 2 der Tabelle) angegeben, von denen die erste nur 0,3 °/o Mangan und die zweite nur 0,3 °/o Mangan und 0,5 °/o Zink enthält, die also beide frei von Cer sind.A number of alloys are discussed below according to the invention, for example, and their mechanical strength properties communicated. For comparison, the corresponding values of two alloys (No. 1 and 2 in the table) of which the first only 0.3 per cent manganese and the second only 0.3 per cent manganese and Contains 0.5 per cent. Zinc, both of which are therefore free of cerium.

Nr.No. CeCe Legierungalloy ZnZn CdCD MnMn ZustandStatus ■■ -- :: -- ' ■■'■■ -- FestigkeitseigenschaftenStrength properties Dehnungstrain StreckgrenzeStretch limit ,, o,3o, 3 -- SandgußSand casting Zugfestigkeittensile strenght <5 °/o<5% o-₀₎₂ kg/mm² o- _{0) 2} kg / mm ² —- o,5o, 5 —- o,3o, 3 -- vergütethardened and tempered ffjB kg/mm² ffjB kg / mm ² 7.47.4 3,93.9 II. 0,250.25 o,5o, 5 —- 0,30.3 KokillengußChill casting 14,414.4 4.7 -4.7 - 3,33.3 22 o,75o, 75 2,02.0 —- 0,30.3 -- -- 10,510.5 20,020.0 ¹ 6,o' ¹ 6, o ' 33 o,75o, 75 4,04.0 — '- ' o,3o, 3 19,019.0 17,617.6 • 8,1• 8.1 4 '4 ' o,75o, 75 6,o6, o —- 0,30.3 20,420.4 I3.7I3.7 ■Λ 8,3■ Λ 8.3 55 1,01.0 2,02.0 —- o,3o, 3 21,221.2 8,08.0 8,78.7 66th 1,01.0 6,06.0 —- o,3o, 3 20,120.1 12,912.9 7,97.9 77th 1.51.5 2,02.0 —- 0,50.5 19,319.3 11,011.0 8,98.9 88th 1,51.5 6,06.0 —- 0,50.5 22,322.3 7,o7, o , 7,5, 7.5 99 1,01.0 2,02.0 ■ —.■ -. o,5o, 5 17,6 ■17.6 ■ 7,27.2 7'¹ .'■·7 ' ^1. ' ■ · IOIO o,75o, 75 5,05.0 —- o,5o, 5 18,218.2 10,410.4 i3,5i3.5 IIII o,75o, 75 6,0-6.0- —- o,5o, 5 22,522.5 5,05.0 18,3 ;18.3; 1212th 0,750.75 4,o4, o 4,04.0 o,5o, 5 25,525.5 3,43.4 22,322.3 ^J3 ^J 3 28,528.5 9,49.4 16,816.8 14 ·14 · 26,326.3

Aus diesen Zahlen ist ersichtlich, daß die besten Festigkeitseigenschaften mit den geringeren Cer-Zusätzen erreicht werden; eine Erhöhung des Cergehaltes innerhalb der durch die Erfindung gezogenen Grenzen bewirkt aber eine noch vollständigere Unterdrückung der Bildung von »Mikro-From these figures it can be seen that the best strength properties are obtained with the lower cerium additions to be achieved; an increase in cerium content within that drawn by the invention However, borders cause an even more complete suppression of the formation of »micro-

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lunkern«, ein Erfolg, der in der vorstehenden Zahlenübersicht natürlich nicht zum Ausdruck kommen kann. Man hat es daher in der Hand, durch entsprechende Bemessung des Cerzusatzes entwedler auf ein Gefüge mit besonders guten Festigkeitseigenschaften oder aber auf ein besonders mikrolunkerfreies Gefüge hinzuarbeiten, wobei die Wahl zwischen beiden im wesentlichen von dem Best immungszweck der Gußstücke abhängt.
to Dk Legierungen gemäß Erfindung eignen sich nicht nur für die Herstellung von Formgußstücken, sondern zeigen gute Eigenschaften auch in verknetetem Zustande.lunkern «, a success that of course cannot be expressed in the above overview of figures. It is therefore up to you to either work towards a structure with particularly good strength properties or else towards a structure free of micro-voids by appropriately dimensioning the cerium additive, the choice between the two essentially depending on the intended purpose of the castings.
To Dk alloys according to the invention are not only suitable for the production of castings, but also show good properties in the kneaded state.

Claims

PATENT CLAIMS:

i. Alloys of this magnesium, in particular for the production of castings, characterized by the following composition: 0.1 to 2% of the element cerium, 0.5 to 12%, but preferably; not more than 8 ⁰ Io, zinc, remainder magnesium.

2. Alloys according to claim. 1, thereby characterized in that they also contain 0.3 to 0.8% manganese.

3. Magnesium alloys according to claim 1 and 2, characterized in that they also have one or more of the metals cadre, tin or silver in total amounts up to 10%, but preferably not more than about 4%.

4. A method of heat treatment of the alloys according to any one of the preceding claims, characterized in that the alloys of examples of the solidus temperatures just below annealed, then cooled and finally annealed at temperatures of 120 to 250 ^0th