EA013656B1 - A casting process and alloy mg-al-re composition resulting in cast parts with superior combination of elevated temperature creep properties, ductility and corrosion performance - Google Patents
A casting process and alloy mg-al-re composition resulting in cast parts with superior combination of elevated temperature creep properties, ductility and corrosion performance Download PDFInfo
- Publication number
- EA013656B1 EA013656B1 EA200801268A EA200801268A EA013656B1 EA 013656 B1 EA013656 B1 EA 013656B1 EA 200801268 A EA200801268 A EA 200801268A EA 200801268 A EA200801268 A EA 200801268A EA 013656 B1 EA013656 B1 EA 013656B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- rare
- earth metals
- content
- alloy
- amount
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 82
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 82
- 238000005266 casting Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title claims description 8
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 title claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title description 13
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 69
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims abstract description 63
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 3
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 13
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 18
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 13
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 11
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 11
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 7
- SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N aluminum magnesium Chemical compound [Mg].[Al] SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 5
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000549 Am alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 101001108245 Cavia porcellus Neuronal pentraxin-2 Proteins 0.000 description 2
- 206010010904 Convulsion Diseases 0.000 description 2
- 229910000965 Md alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 2
- -1 magnesium-aluminum-silicon Chemical compound 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 229910000846 In alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- PGTXKIZLOWULDJ-UHFFFAOYSA-N [Mg].[Zn] Chemical compound [Mg].[Zn] PGTXKIZLOWULDJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000007712 rapid solidification Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000000988 reflection electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000007528 sand casting Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 238000007725 thermal activation Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
- B22D17/08—Cold chamber machines, i.e. with unheated press chamber into which molten metal is ladled
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
- B22D21/002—Castings of light metals
- B22D21/007—Castings of light metals with low melting point, e.g. Al 659 degrees C, Mg 650 degrees C
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
- B22D21/02—Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere
- B22D21/04—Casting aluminium or magnesium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C23/00—Alloys based on magnesium
- C22C23/02—Alloys based on magnesium with aluminium as the next major constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C23/00—Alloys based on magnesium
- C22C23/06—Alloys based on magnesium with a rare earth metal as the next major constituent
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Forging (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу литья магниевого сплава, состоящего из 2,0-6,0 мас.% алюминия, 3,0-8,0 мас.% редкоземельных металлов (РЗМ), у которого соотношение количества РЗМ и количества алюминия, выраженное в мас.%, превышает 0,8, по меньшей мере 40 мас.% РЗМ приходится на долю церия, менее 0,5 мас.% марганца, менее 1,0 мас.% цинка, менее 0,01 мас.% кальция, менее 0,01 мас.% стронция, а остаток включает магний и постоянные примеси, при этом общее содержание примесей составляет менее 0,1 мас.%.The invention relates to a method for casting a magnesium alloy, consisting of 2.0-6.0 wt.% Aluminum, 3.0-8.0 wt.% Rare earth metals (REM), in which the ratio of the number of rare-earth metals and the amount of aluminum, expressed in wt. wt.%, exceeds 0.8, at least 40 wt.% REM falls on the share of cerium, less than 0.5 wt.% manganese, less than 1.0 wt.% zinc, less than 0.01 wt.% calcium, less than 0 , 01 wt.% Strontium, and the remainder includes magnesium and constant impurities, while the total content of impurities is less than 0.1 wt.%.
Сплавы на магниевой основе широко применяют в литых деталях, используемых в авиакосмической промышленности и автомобилестроении. Литые детали из сплавов на магниевой основе могут быть изготовлены обычными способами литья, которые включают литье под давлением, литье в песчаные формы, литье в кокиль и литье в полупостоянные формы, литье в гипсовые формы и литье по выплавляемым моделям.Magnesium-based alloys are widely used in cast parts used in the aerospace industry and the automotive industry. Magnesium-based alloy castings can be manufactured by conventional casting methods, which include injection molding, sand casting, chill casting and semi-permanent casting, gypsum casting and lost-wax casting.
Сплавы на магниевой основе обладают рядом особо выгодных свойств, что способствовало увеличению спроса на литые детали из сплавов на магниевой основе в автомобилестроении. Эти свойства включают низкую плотность, высокое отношение предела прочности к массе, хорошие литейные качества, высокий показатель обрабатываемости и хорошие характеристики демпфирования.Magnesium-based alloys have a number of particularly advantageous properties, which contributed to an increase in demand for cast parts made of magnesium-based alloys in the automotive industry. These properties include low density, high tensile strength to weight ratio, good casting properties, high machinability and good damping characteristics.
Известно, что наиболее распространенные сплавы на магниевой основе для литья под давлением, такие как магниеалюминиевые сплавы или магниеалюминиевоцинковые сплавы теряют сопротивление ползучести при температуре выше 120°С. Созданные для применения при более высоких температурах магниеалюминиевокремниевые сплавы обеспечивают лишь ограниченное улучшение сопротивления ползучести. Система сплавов Мд-А1-Са и Мд-А1-8т обеспечивает дальнейшее улучшение сопротивления ползучести, но существенным недостатком этих сплавов являются их литейные качества. Это в особенности относится к случаю, когда металл с высокой скоростью сталкивается непосредственно с поверхностью литьевой формы, так называемому гидравлическому удару.It is known that the most common magnesium-based alloys for injection molding, such as magnesium-aluminum alloys or magnesium-zinc alloys, lose their creep resistance at temperatures above 120 ° C. Designed for use at higher temperatures, magnesium-aluminum-silicon alloys provide only a limited improvement in creep resistance. The alloy system MD-A1-Ca and MD-A1-8t provides a further improvement in creep resistance, but their casting qualities are a significant drawback. This is especially true when the metal collides at high speed directly with the surface of the injection mold, the so-called water hammer.
Известно, что сплав АЕ48 (4% АР, 2-3% РЗМ) обладает значительно улучшенными свойствами при повышенных температурах и антикоррозионными свойствами.It is known that the alloy AE48 (4% AR, 2-3% REM) has significantly improved properties at elevated temperatures and anti-corrosion properties.
Магниеалюминиевые сплавы, содержащие такие элементы, как §т и Са, обладают еще более улучшенными характеристиками ползучести, хотя и за счет ухудшения литейных качеств. Система сплавов Мд-А1-Са и Мд-А1-8т обладает еще более высоким сопротивлением ползучести, но существенным недостатком этих сплавов являются их литейные качества. Это в особенности относится к случаю, когда металл с высокой скоростью сталкивается непосредственно с поверхностью литьевой формы, так называемый гидравлический удар.Magnesium-aluminum alloys containing elements such as §t and Ca have even more improved creep characteristics, albeit due to the deterioration of casting qualities. The alloy system MD-A1-Ca and MD-A1-8t has an even higher creep resistance, but a significant drawback of these alloys is their casting quality. This is especially true for the case when the metal at high speed collides directly with the surface of the injection mold, the so-called water hammer.
На фиг. 1А и 1В схематически показаны машины для литья под давлением с холодной и горячей камерой прессования соответственно, каждая из которых имеет литьевую форму 10, 20 с системой 11, 21 гидравлического демпфирования соответственно. Расплавленный металл вводят в форму с помощью ударного цилиндра 12, 22 с поршнем 13, 23 соответственно. В системе с холодной камерой прессования необходима вспомогательная система дозирования подачи металла в горизонтальный ударный цилиндр. В машине для литья под давлением с горячей камерой прессования (фиг. 1В) используют систему с вертикальным поршнем (12, 23) непосредственно в расплавленном сплаве.In FIG. 1A and 1B schematically show injection molding machines with a cold and a hot pressing chamber, respectively, each of which has an injection mold 10, 20 with a hydraulic damping system 11, 21, respectively. The molten metal is introduced into the mold using a shock cylinder 12, 22 with a piston 13, 23, respectively. In a system with a cold pressing chamber, an auxiliary dosing system for supplying metal to a horizontal impact cylinder is required. In an injection molding machine with a hot pressing chamber (Fig. 1B), a system with a vertical piston (12, 23) is used directly in the molten alloy.
Для получения сплавов Мд-А1-РЗМ с хорошими характеристиками необходимо, чтобы литье происходило в условиях крайне быстрого охлаждения. Это касается способа литья под высоким давлением. Стальная форма 10, 20 имеет систему масляного (или водяного) охлаждения, регулирующую температуру в диапазоне 200-300°С. Предпосылкой высокого качества является малая продолжительность заполнения формы во избежание затвердевания металла при заполнении. Рекомендуемая продолжительность заполнения формы составляет порядка 10-2 с х средняя толщина детали (мм). С этой целью сплав принудительно с высокой скоростью в диапазоне 30-300 м/с пропускают через литник. С целью получения желаемых объемных расходов при требуемом малой продолжительности заполнения в ударном цилиндре используют плунжеры достаточного диаметра со скоростью до 10 м/с. Обычно используют статическое давление на металл 20-70 МПа с последующим повышением давления до 150 МПа. При этом способе литья получаемая скорость охлаждения обычно находится в диапазоне 10-1000°С/с в зависимости от толщины отливаемой детали. Для сплавов АЕ это является главным критерием при определении свойств с учетом высокой общей скорости охлаждения детали и, в частности, крайне высокой скорости охлаждения поверхностного слоя.To obtain alloys Md-A1-REM with good characteristics, it is necessary that the casting takes place under conditions of extremely rapid cooling. This relates to a method of injection molding. The steel mold 10, 20 has an oil (or water) cooling system that controls the temperature in the range of 200-300 ° C. A prerequisite for high quality is the short filling time of the mold in order to avoid solidification of the metal during filling. The recommended duration of filling the mold is about 10 -2 s x the average thickness of the part (mm). For this purpose, the alloy is forcibly passed with a high speed in the range of 30-300 m / s through the gate. In order to obtain the desired volumetric flow rates with the required short duration of filling, rams of sufficient diameter with a speed of up to 10 m / s are used in the shock cylinder. Typically, a static pressure on the metal of 20-70 MPa is used, followed by an increase in pressure to 150 MPa. With this casting method, the resulting cooling rate is usually in the range of 10-1000 ° C / s, depending on the thickness of the molded part. For AE alloys, this is the main criterion in determining the properties, taking into account the high overall cooling rate of the part and, in particular, the extremely high cooling rate of the surface layer.
На фиг. 2 показана взаимосвязь между интервалом затвердевания и микроструктурой. По горизонтальной оси отложена скорость затвердевания в °С/с, на вертикальной шкале слева показаны расстояния между вторичными осями дендритов в мкм, а на вертикальной шкале справа показан диаметр зерна в мкм. Линия 30 обозначает получаемую крупность зерна, а линия 31 обозначает получаемое значение расстояний между вторичными осями дендритов.In FIG. Figure 2 shows the relationship between the curing interval and the microstructure. The solidification rate in ° C / s is plotted along the horizontal axis, the distances between the secondary axis of the dendrites in microns are shown on the vertical scale on the left, and the grain diameter in microns is shown on the vertical scale on the right. Line 30 denotes the obtained grain size, and line 31 denotes the obtained value of the distances between the secondary axes of the dendrites.
При литье под давлением уменьшение размера зерна обеспечивают за счет скорости охлаждения. Как отмечено ранее, обычно достигается скорость охлаждения в диапазоне 10-1000°С/с. В этом случае крупность зерна обычно составляет 5-100 мкм.In injection molding, a reduction in grain size is provided by the cooling rate. As noted earlier, a cooling rate in the range of 10-1000 ° C./s is usually achieved. In this case, the grain size is usually 5-100 microns.
Хорошо известно, что малая зернистость благоприятствует пластичности сплава. Эта взаимосвязь проиллюстрирована на фиг. 3, на которой показана зависимость между крупностью зерна и относительIt is well known that low grit favors the ductility of the alloy. This relationship is illustrated in FIG. 3, which shows the relationship between grain size and relative
- 1 013656 ным удлинением. По горизонтальной оси отложена крупность зерна в мкм, а по вертикальной оси отложено относительное удлинение в %. На диаграмме также показаны два различных состава, чистый Мд, обозначенный линией 35, и сплав ΑΖ91 на основе Мд, обозначенный линией 36.- 1 013656 extension. The grain size in microns is plotted on the horizontal axis, and elongation in% is plotted on the vertical axis. The diagram also shows two different compositions, pure MD, indicated by line 35, and ΑΖ91 alloy based on MD, indicated by line 36.
Также хорошо известно, что малая зернистость благоприятствует пределу текучести при растяжении сплава. Эта зависимость (Холла-Петча) показана на фиг. 4. По горизонтальной оси отложен диаметр зерна 6 (-0,5) в мкм, по вертикальной оси отложен предел текучести при растяжении в МПа.It is also well known that low granularity favors the yield strength when tensile alloy. This (Hall-Petch) relationship is shown in FIG. 4. The diameter of the grain 6 (-0.5) in microns is plotted on the horizontal axis, and the yield strength in tension in MPa is plotted on the vertical axis.
Из этого следует, что малая зернистость, получаемая при очень высоких скоростях охлаждения, возможных при литье под давлением, является необходимой для обеспечения прочности на растяжение и пластичности.It follows that the low grit obtained at very high cooling rates, which are possible with injection molding, is necessary to ensure tensile strength and ductility.
Литейные качества сплава характеризуют возможность литья из него готового изделия с требуемыми функциональными возможностями и свойствами. Обычно они включают три категории: (1) возможность изготовления детали со всеми желаемыми геометрическими особенностями и размерами, (2) возможность изготовления плотной детали с желаемыми свойствами и (3) влияние на оснастку, литейное оборудование и КПД литья под давлением.The casting qualities of the alloy characterize the possibility of casting a finished product from it with the required functionality and properties. Usually they include three categories: (1) the possibility of manufacturing a part with all the desired geometric features and dimensions, (2) the possibility of manufacturing a dense part with the desired properties, and (3) the impact on tooling, foundry equipment and injection molding efficiency.
В патентной заявке ФРГ 2122148 описаны сплавы типа Мд-А1-КЕ, в основном, сплавы Мд-А1-РЗМ с содержанием РЗМ менее 3 мас.%, хотя также рассматриваются сплавы с более высоким содержанием РЗМ. Известно, что сплав АЕ42 (4% А1, 2-3% РЗМ) обладает значительно улучшенными свойствами при повышенных температурах и антикоррозионными свойствами. По опыту известно, что добавление небольшого количества РЗМ в магниеалюминиевые сплавы приводит к значительному улучшению их антикоррозионных свойств, но ухудшению литейных качеств, поскольку учащаются случаи заедания литейных форм. На фиг. 5 показаны области хороших, плохих и очень плохих литейных качеств системы сплавов Мд-А1-РЗМ. По горизонтальной оси отложено количество А1 в мас.%, а по вертикальной оси отложено количество РЗМ в мас.%. Линией 40 обозначена растворимость РЗМ при 680°С, а линией 41 обозначена растворимость РЗМ при 640°С. Область 42 (темная) отображает состав с очень плохими литейными качествами. Область 43 (промежуточная) отображает состав с плохими литейными качествами, а область 44 (светлая) отображает состав с хорошими литейными качествами. Как показано на фиг. 5, литейные качества ухудшаются с увеличением содержания РЗМ в сплаве. Вместе с тем, как показано на фиг. 5, существует область с содержанием РЗМ свыше 3,5 мас.% (верхний предел, ограниченный растворимостью РЗМ), А1 - от 2,5 до 5,0%, а также процентным соотношением РЗМ и А1 свыше 0,8, в которой литейные качества при литье под высоким давлением являются хорошими.In the patent application of Germany 2122148 describes alloys of the type Md-A1-KE, mainly alloys Md-A1-REM with an REM content of less than 3 wt.%, Although alloys with a higher REM content are also considered. It is known that alloy AE42 (4% A1, 2-3% rare-earth metals) has significantly improved properties at elevated temperatures and anticorrosion properties. It is known from experience that the addition of a small amount of rare-earth metals to magnesium-aluminum alloys leads to a significant improvement in their anticorrosion properties, but to a deterioration in casting qualities, since cases of jamming of casting molds are becoming more frequent. In FIG. Figure 5 shows the areas of good, bad and very bad casting qualities of the MD-A1-RZM alloy system. The horizontal axis represents the amount of A1 in wt.%, And the vertical axis represents the amount of rare-earth metals in wt.%. Line 40 indicates the solubility of rare-earth metals at 680 ° C, and line 41 indicates the solubility of rare-earth metals at 640 ° C. Area 42 (dark) displays a composition with very poor casting qualities. Area 43 (intermediate) displays the composition with poor casting properties, and area 44 (light) displays the composition with good casting qualities. As shown in FIG. 5, casting quality deteriorates with an increase in the content of rare-earth metals in the alloy. However, as shown in FIG. 5, there is a region with a rare-earth metal content exceeding 3.5 wt.% (The upper limit limited by the solubility of rare-earth metals), A1 - from 2.5 to 5.0%, as well as a percentage ratio of rare-earth metals and A1 over 0.8, in which foundry high pressure casting qualities are good.
В связи с этим задачей настоящего изобретения является создание относительно недорогих сплавов на магниевой основе с улучшенными характеристиками при повышенных температурах и улучшенными литейными качествами.In this regard, the object of the present invention is to provide relatively inexpensive magnesium-based alloys with improved characteristics at elevated temperatures and improved casting properties.
За счет образования диспергированных фаз А1х-РЗМу в предложенных в настоящем изобретении составах сведено к минимуму объемное содержание хрупкой фазы Мд17А112 (соотношение РЗМ/А1 в диспергированной фазе увеличивается с увеличением процентного содержания %КЕ/%А1 в сплаве). Ввиду того, что эвтектическая фаза Мд17А112 плавится при температуре около 420°С, обычные магниеалюминиевые сплавы, такие как АМ50, АМ60 и ΑΖ91, имеют интервал затвердевания около 200°С, как показано на фиг. 6. На фиг. 6 по горизонтальной оси показано содержание твердых частиц (в мас.%), а по вертикальной оси показана температура (°С) для нескольких сплавов. Сплавы Мд-А1-РЗМ с процентными соотношениями КЕ/А1 согласно настоящему изобретению полностью затвердевают при температуре около 570°С, следовательно, интервал затвердевания составляет лишь около 50°С.Due to the formation of dispersed phases A1 x -REM in the compositions proposed in the present invention, the volume content of the brittle phase Md 17 A1 12 is minimized (the ratio of REM / A1 in the dispersed phase increases with increasing percentage of% KE /% A1 in the alloy). Due to the fact that the eutectic phase Md 17 A1 12 melts at a temperature of about 420 ° C, conventional magnesium aluminum alloys such as AM50, AM60 and ΑΖ91 have a solidification interval of about 200 ° C, as shown in FIG. 6. In FIG. 6 along the horizontal axis shows the solids content (in wt.%), And the vertical axis shows the temperature (° C) for several alloys. Alloys MD-A1-REM with percentage ratios KE / A1 according to the present invention completely harden at a temperature of about 570 ° C, therefore, the solidification interval is only about 50 ° C.
Обычно при увеличении содержания алюминия в сплавах Мд-А1 для литья под давлением улучшаются их литейные качества. Это объясняется тем, что магниеалюминиевые сплавы имеют широкий интервал затвердевания, что делает их по природе с трудом поддающимися литью, если только в конце затвердевания не присутствует в достаточном количестве эвтектическая фаза. Этим можно объяснить хорошие литейные качества ΑΖ91^, что соответствует кривым охлаждения, показанным на фиг. 6. С уменьшением содержания А1 до 6, 5 и 2% в АМ60, АМ50 и АМ20 соответственно остальная эвтектическая фаза уменьшается до уровня, на котором на последних стадиях затвердевания затруднено заполнение формы, что применительно к толстостенным деталям означает рыхлоту и даже наличие более крупных пустот. В случае тонкостенных деталей способность заполнять форму на последних стадиях имеет меньшее значение (хотя важным показателем становится текучесть сплава), поскольку объемная усадка частично компенсируется уменьшением толщины из-за усадки под влиянием стенок формы. Характеристики охлаждения сплавов АЕ44 и АЕ35 значительно отличаются от характеристик магниеалюминиевых сплавов.Usually, with an increase in the aluminum content in MD-A1 alloys for injection molding, their casting qualities are improved. This is because magnesium-aluminum alloys have a wide range of solidification, which makes them difficult to cast by nature, unless the eutectic phase is present at the end of solidification. This can explain the good casting properties of ΑΖ91 ^, which corresponds to the cooling curves shown in FIG. 6. With a decrease in the A1 content to 6, 5, and 2% in AM60, AM50, and AM20, respectively, the remaining eutectic phase decreases to a level at which the filling of the mold is difficult at the last stages of solidification, which with respect to thick-walled parts means loosening and even the presence of larger voids . In the case of thin-walled parts, the ability to fill the mold in the last stages is less important (although the fluidity of the alloy becomes an important indicator), since volume shrinkage is partially compensated by a decrease in thickness due to shrinkage under the influence of the mold walls. The cooling characteristics of AE44 and AE35 alloys are significantly different from the characteristics of magnesium-aluminum alloys.
Интервал затвердевания значительно сужен, что указывает на возможность уменьшения сосредоточенной усадочной рыхлости при затвердевании. Эти сплавы обладают хорошей текучестью при заполнении формы, что позволяет легко отливать из них готовые изделия с меньшими дефектами литья. Литейные качества сплавов АЕ44 и АЕ35 примерно соответствуют качествам сплава ΑΖ91^.The hardening interval is significantly narrowed, which indicates the possibility of reducing the concentrated shrinkage friability during hardening. These alloys have good flow when filling the mold, which makes it easy to cast finished products from them with lesser casting defects. The casting properties of alloys AE44 and AE35 approximately correspond to the qualities of alloy ΑΖ91 ^.
Еще одной особенностью, связанной с узким интервалом затвердевания, является то, что при этом не происходит обратная ликвация, которая обычно наблюдается в сплаве ΑΖ91^, а также сплавах АМ. Это можно проиллюстрировать тем, что сплавы АЕ с высоким содержанием РЗМ имеют блестящую поAnother feature associated with a narrow solidification interval is that this does not result in reverse segregation, which is usually observed in ΑΖ91 ^ alloy, as well as in AM alloys. This can be illustrated by the fact that alloys AE with a high content of rare-earth metals have a brilliant
- 2 013656 верхность без ликваций эвтектической фазы Мд-А1. Поверхностный слой затвердевает во время и непосредственно после заполнения формы, а температура быстро опускается ниже температуры перехода в твердое состояние, за счет чего предотвращается попадание расплавленного металла на поверхность формы после начала усадки. Это полезно для предотвращения реакций между стенкой формы и расплавленным металлом, в результате которых может возникать заедание.- 2 013656 surface without seizures of the eutectic phase MD-A1. The surface layer hardens during and immediately after filling the mold, and the temperature quickly drops below the transition temperature to the solid state, which prevents molten metal from entering the mold surface after the start of shrinkage. This is useful to prevent reactions between the mold wall and molten metal, which can cause seizing.
На фиг. 7 на примере стенки толщиной около 3 мм показаны три слоя АЕ44 с различной микроструктурой. Поверхностный слой толщиной около толщиной около 50 мкм состоит из равноосных зерен размером около 10 мкм. Такая мелкозернистость объясняется условиями быстрого охлаждения стенок формы. Промежуточный слой имеет толщину около 100 мкм и является крайне мелкозернистым. Его морфология отличается от предыдущего слоя, и он имеет ΌΆ8 в диапазоне 2-4 мкм. Это может быть объяснено изменением равновесной точки плавления под действием давления. По мере повышения давления на металл равновесная точка плавления повышается, т.е. металл внезапно становится недостаточно охлажденным. Теоретически это относится ко всем сплавам Мд, но между сплавами остается существенно различие в их характеристиках затвердевания. Сердцевина состоит из равноосных зерен размером ~20 мкм. Затвердевание сердцевины ограничено тепловым потоком их сердцевины в направлении формы. В результате теплопередачи как через уже затвердевший слой, так и через границу отливки и формы скорость охлаждения становится ниже, чем на поверхности, за счет чего образуется более крупнозернистая микроструктура.In FIG. 7, using an example of a wall with a thickness of about 3 mm, three layers of AE44 with different microstructures are shown. A surface layer about 50 microns thick consists of equiaxed grains about 10 microns in size. This fine-grained nature is explained by the conditions of rapid cooling of the mold walls. The intermediate layer has a thickness of about 100 μm and is extremely fine-grained. Its morphology is different from the previous layer, and it has ΌΆ8 in the range of 2-4 microns. This can be explained by a change in the equilibrium melting point under pressure. As the pressure on the metal increases, the equilibrium melting point increases, i.e. the metal suddenly becomes insufficiently cooled. Theoretically, this applies to all MD alloys, but there remains a significant difference between their alloys in their solidification characteristics. The core consists of equiaxed grains ~ 20 μm in size. Core hardening is limited by the heat flux of their core in the direction of shape. As a result of heat transfer both through the already hardened layer and through the boundary of the casting and the mold, the cooling rate becomes lower than on the surface, due to which a coarser microstructure is formed.
При низком содержании РЗМ или низком процентном соотношении РЗМ и А1, как у сплава АЕ42 или АЕ63, существует возможность присутствия эвтектической фазы Мд-А1, способной к ликвации на поверхность, что приводит к заеданию. Этим можно объяснить, почему сплав АЕ42 обладает худшими литейными качествами.With a low content of rare-earth metals or a low percentage of rare-earth metals and A1, as in the alloy AE42 or AE63, there is the possibility of the presence of the eutectic phase MD-A1, capable of segregation to the surface, which leads to seizure. This may explain why the AE42 alloy has the worst casting qualities.
В верхней части фиг. 8 показана коробчатая форма для литья. Внизу приведены микроснимки примеров узла 3 (вблизи литника) для сплавов АМ60, АМ40, АЕ63, АЕ44 и АЕ35. В сплавах АМ40 и АЕ63 видны горячие трещины.At the top of FIG. 8 shows a box mold for casting. Below are micrographs of examples of unit 3 (near the gate) for alloys AM60, AM40, AE63, AE44 and AE35. Hot cracks are seen in AM40 and AE63 alloys.
Как показано на фиг. 8, сплавы АЕ44 и АЕ35 в меньшей степени подвержены образованию горячих трещин, чем сплавы АМ. Это объясняется довольно быстрым затвердеванием поверхностного слоя, в результате чего образуется относительно мелкозернистая структура, как это описано выше.As shown in FIG. 8, alloys AE44 and AE35 are less susceptible to hot cracking than AM alloys. This is due to the rather rapid solidification of the surface layer, resulting in a relatively fine-grained structure, as described above.
Частично за счет мелкозернистой структуры и частично за счет отсутствия хрупкой фазы Мд17А112 этот слой становится высокопластичным и тем самым способным деформироваться при возникновении температурных деформации в процессе затвердевания. Поверхностный слой с более крупными зернами, что обычно характерно для сплавов с большим интервалом затвердевания, и/или слой с высоким содержанием Мд17А112 будет обладать гораздо меньшей пластичностью и иметь тенденцию к растрескиванию и образованию горячих трещин, а не деформации.Partly due to the fine-grained structure and partly due to the absence of the brittle Md 17 A1 12 phase, this layer becomes highly plastic and thereby able to deform when thermal deformations occur during solidification. A surface layer with larger grains, which is usually characteristic of alloys with a large solidification interval, and / or a layer with a high content of Md17A112 will have much less ductility and tend to crack and form hot cracks rather than deformation.
Как показало испытание крупных (~1,5 м) тонкостенных деталей (толщиной ~3 мм), сплавы АЕ44 и АЕ35 имеют отличные характеристики заполнения формы, а поскольку для изготовления тонкостенных деталей не требуется заполнение в длительном интервале, как это указано выше, предполагается, что этот сплав станет конкурентоспособной альтернативой сплавам этих типов, для которых заполнение формы имеет первостепенное значение.As shown by testing large (~ 1.5 m) thin-walled parts (~ 3 mm thick), alloys AE44 and AE35 have excellent mold filling characteristics, and since thin-walled parts are not required to be filled in a long interval, as indicated above, it is assumed that this alloy will become a competitive alternative to alloys of these types for which filling the mold is of utmost importance.
Свойства различных сплавов АЕ можно объяснить тем, что упрочнение твердого раствора обеспечивает только А1, тогда как РЗМ в сочетании с А1 образуют диспергированную фазу в областях межзеренных границ. У сплавов АЕ44 и АЕ35 диспергированная фаза (в основном А12-РЗМ) образует сплошную трехмерную сетку, эффектно предотвращающую ползучесть, возникающую в результате термической активации и ползучести по границам зерен. Это показано на фиг. 9, на которой приведены полученные методом 8ЕМ-ВЕС (Васкксайег Е1ес!гошс Сошройюп) изображения, иллюстрирующие микроструктуру сплавов АЕ44, АЕ35 и АЕ63 (слева направо) для литья под давлением. Лишь А1 обеспечивает упрочнение твердого раствора, а РЗМ в сочетании с А1 образуют диспергированную фазу в областях межзеренных границ.The properties of various AE alloys can be explained by the fact that hardening of the solid solution provides only A1, while rare-earth metals in combination with A1 form a dispersed phase in the regions of grain boundaries. In alloys AE44 and AE35, the dispersed phase (mainly A1 2 -REM) forms a continuous three-dimensional network that effectively prevents creep resulting from thermal activation and creep along grain boundaries. This is shown in FIG. 9, which shows images obtained by the 8EM-BEC method (Vaskksayeg E1ec! Gosh Soshroyup) illustrating the microstructure of alloys AE44, AE35 and AE63 (from left to right) for injection molding. Only A1 provides hardening of the solid solution, and rare-earth metals in combination with A1 form a dispersed phase in the regions of grain boundaries.
На фиг. 10 представлены дополнительно увеличенные изображения 8ЕМ-ВЕС сплава АЕ 44, на которых также показана слоистая структура фаз А1х-РЗМу у сплава АЕ44. Как показано на фиг. 10 диспергированные фазы А1хКЕу у сплавов АЕ состоят из крайне тонкослоистой структуры. Эта структура из слоев толщиной меньше микрометра упрочняют межзеренные границы, предотвращая тем самым ползучесть. В то же время эти слои не являются хрупкими (или не настолько хрупкими, как эвтектическая фаза Мд-А1), поскольку сплав АЕ44 для литья под давлением обладает пластичностью как у сплава АЕ42. Сетка (в основном А111-РЗМ3) у сплава АЕ63 становится фрагментированной, а на области межзеренных границ, возможно, влияет значительное количество эвтектической фазы Мд-А1, ухудшающей пластичность и характеристики ползучести. В сплаве АЕ42 также, вероятно, в значительном количеством присутствует эвтектическая фаза Мд-А1, которая ограничивает характеристики ползучести. Сплав АЕ35 имеет незначительно худшую пластичность, чем сплав АЕ44, но все же лучшую, чем у сплава АЕ63.In FIG. 10 shows further magnified images 8EM-AE WEIGHT alloy 44, which also shows the lamellar phase structure A1 -RZM x y of the alloy AE44. As shown in FIG. The 10 dispersed A1 x KEy phases in AE alloys consist of an extremely thin-layered structure. This structure of layers less than a micrometer thicker reinforces grain boundaries, thereby preventing creep. At the same time, these layers are not brittle (or not so brittle as the MD-A1 eutectic phase), since the AE44 alloy for injection molding has plasticity as in the AE42 alloy. The mesh (mainly A111-RZM3) in the AE63 alloy becomes fragmented, and a significant amount of the MD-A1 eutectic phase, which impairs ductility and creep characteristics, may affect the grain boundary region. In the AE42 alloy, it is also likely that a significant amount of the MD-A1 eutectic phase is present, which limits the creep characteristics. The AE35 alloy has slightly worse ductility than the AE44 alloy, but still better than the AE63 alloy.
Ниже приведено множество примеров механических свойства, включая пластичность, предел прочности на растяжение, сопротивление ползучести и антикоррозионные свойства сплавов АЕ. На фиг. 11 проиллюстрировано уникальное сочетание сопротивления ползучести и пластичности по сравнению сThe following are many examples of mechanical properties, including ductility, tensile strength, creep resistance and anticorrosion properties of AE alloys. In FIG. 11 illustrates a unique combination of creep resistance and ductility compared to
- 3 013656 существующими сплавами. На фиг. 11 показана пластичность (горизонтальная ось) в зависимости от сопротивления ползучести у нескольких известных сплавов Мд. Область 50 включает сплавы АМ, область 51 - сплавы АЕ, область 52 - сплав ΑΖ91 и область 53 - другие высокотемпературные сплавы. Сплавы АЕ согласно настоящему изобретению являются единственными сплавами для литья под давлением, у которых таким способом сочетаются пластичность и свойства при повышенных температурах, и, следовательно, они обеспечивают множество новых и неисследованных возможностей для конструкторов и дизайнеров, в особенности, в автомобилестроении.- 3 013656 existing alloys. In FIG. 11 shows ductility (horizontal axis) depending on the creep resistance of several known alloys MD. Region 50 includes alloys AM, region 51 - alloys AE, region 52 - alloy ΑΖ91 and region 53 - other high-temperature alloys. Alloys AE according to the present invention are the only alloys for injection molding, which in this way combine ductility and properties at elevated temperatures, and, therefore, they provide many new and unexplored opportunities for designers and designers, especially in the automotive industry.
Более точно, задачей изобретения является создание относительно недорогих сплавов магния, алюминия и редкоземельных металлов для литья под давлением, обладающих хорошими литейными качествами, сопротивлением ползучести, пределом текучести при растяжении и способностью удерживать нагрузку на болт, в особенности, при повышенных температурах не ниже 150°С.More precisely, an object of the invention is to provide relatively inexpensive alloys of magnesium, aluminum and rare-earth metals for injection molding, having good casting properties, creep resistance, tensile yield strength and ability to hold a bolt load, especially at elevated temperatures of at least 150 ° FROM.
Краткое изложение сущности изобретенияSummary of the invention
Таким образом, в настоящем изобретении предложено литье сплава в форме, температуру которой регулируют в диапазоне 180-340°С, заполнение формы в течение времени, которое в миллисекундах равно числу изделий от 5 до 500, умноженному на среднюю толщину детали в миллиметрах, поддержание статического давления на металл во время литья в диапазоне 20-70 МПа с последующим повышением до 180 МПа.Thus, the present invention proposes casting an alloy in a mold whose temperature is controlled in the range of 180-340 ° C., filling the mold over a time that in milliseconds is equal to the number of products from 5 to 500 times the average thickness of the part in millimeters, maintaining a static pressure on the metal during casting in the range of 20-70 MPa with a subsequent increase to 180 MPa.
За счет сочетания заданного сплава Мд-А1-РЗМ с особым способом литья могут быть получены изделия с хорошим сопротивлением ползучести при повышенных температурах, высокой пластичностью и, в целом, хорошими механическими, а также антикоррозионными свойствами.By combining the specified alloy MD-A1-REM with a special casting method, products with good creep resistance at elevated temperatures, high ductility and, in general, good mechanical and anti-corrosion properties can be obtained.
Обычно, в качестве элемента сплава могут использоваться несколько РЗМ, таких как, например, Се, Ьа, N6 и/или Рг и их смеси. Тем не менее, предпочтительно используют церий в значительных количествах, поскольку этот металл обеспечивает наилучшие механические свойства. С целью улучшения коррозионной стойкости добавляют Мп, но его добавление лимитировано ограниченной растворимостью.Typically, several rare-earth metals, such as, for example, Ce, ba, N6 and / or Pr and mixtures thereof, can be used as an alloy element. However, significant amounts of cerium are preferably used since this metal provides the best mechanical properties. In order to improve the corrosion resistance, Mn is added, but its addition is limited by limited solubility.
Содержание алюминия предпочтительно составляет от 2,0 до 6,0 мас.%, более предпочтительно от 2,60 до 4,50 мас.%.The aluminum content is preferably from 2.0 to 6.0 wt.%, More preferably from 2.60 to 4.50 wt.%.
При более высоком содержании алюминия может происходить образование фаз Мд17А112, что отрицательно сказывается на характеристиках ползучести. Слишком низкое содержание А1 отрицательно сказывается на литейных качествах.At a higher aluminum content, the formation of Md 17 A1 12 phases can occur, which adversely affects the creep characteristics. Too low A1 content negatively affects the casting qualities.
Что касается РЗМ, предпочтительно, чтобы содержание РЗМ составляло от 3,50 до 7,00 мас.%, при этом верхний предел ограничен растворимостью РЗМ в системе Мд-А1-РЗМ, как это показано на фиг. 1.As regards REM, it is preferred that the REM content is from 3.50 to 7.00 wt.%, With the upper limit being limited by the solubility of the REM in the MD-A1-REM system, as shown in FIG. one.
При содержании РЗМ свыше 3,50 мас.% значительно улучшаются характеристики ползучести. Содержание свыше 7,00 мас.% нецелесообразно вследствие ограниченной растворимости РЗМ в жидких магниеалюминиевых сплавах.When the REM content exceeds 3.50 wt.%, The creep characteristics are significantly improved. The content of more than 7.00 wt.% Is impractical due to the limited solubility of rare-earth metals in liquid magnesium-aluminum alloys.
Кроме того, предпочтительно, чтобы соотношение РЗМ/А1 превышало 0,9.In addition, it is preferred that the REM / A1 ratio is greater than 0.9.
В конкретных случаях применения состав сплава выбирают таким образом, чтобы содержание алюминия составляло от 3,6 до 4,5 мас.%, а содержание РЗМ составляло от 3,6 до 4,5 мас.%, при этом дополнительным условием является соотношение РЗМ/А1 свыше 0,9.In specific applications, the composition of the alloy is selected so that the aluminum content is from 3.6 to 4.5 wt.%, And the content of rare-earth metals is from 3.6 to 4.5 wt.%, With an additional condition is the ratio of rare-earth metals / A1 over 0.9.
Сплавы данного типа могут применяться при температурах до 175°С, сохраняя хорошие характеристики ползучести и прочность на растяжение, кроме того, их свойства не ухудшаются из-за старения и они обладают хорошими литейными качествами.Alloys of this type can be used at temperatures up to 175 ° C, while maintaining good creep characteristics and tensile strength, in addition, their properties do not deteriorate due to aging and they have good casting qualities.
Для применения при температурах выше 175°С состав сплава выбирают таким образом, чтобы содержание алюминия составляло от 2,6 до 3,5 мас.%, а содержание РЗМ превышало 4,6 мас.%.For use at temperatures above 175 ° C, the composition of the alloy is selected so that the aluminum content is from 2.6 to 3.5 wt.%, And the content of rare-earth metals exceeds 4.6 wt.%.
Помимо хороших характеристик ползучести и прочности на растяжение свойства данного сплава не ухудшаются из-за старения.In addition to the good creep and tensile strengths, the properties of this alloy do not deteriorate due to aging.
Предпочтительно РЗМ выбирают из группы, включающей церий, лантан, неодим и празеодим.Preferably, REM is selected from the group consisting of cerium, lanthanum, neodymium and praseodymium.
РЗМ облегчают получение сплава, но также повышают коррозионную стойкость, сопротивление ползучести и улучшают механические свойства.REMs facilitate the production of alloys, but also increase corrosion resistance, creep resistance and improve mechanical properties.
Предпочтительно количество лантана составляет, по меньшей мере, 15 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 20 мас.% общего содержания РЗМ. Предпочтительно количество лантана составляет менее 35 мас.% общего содержания РЗМ.Preferably, the amount of lanthanum is at least 15% by weight, more preferably at least 20% by weight of the total REM content. Preferably, the amount of lanthanum is less than 35% by weight of the total REM content.
Предпочтительно количество неодима составляет по меньшей мере 7 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 10 мас.% общего содержания РЗМ. Предпочтительно количество неодима составляет менее 20 мас.% общего содержания РЗМ.Preferably, the amount of neodymium is at least 7 wt.%, More preferably at least 10 wt.% Of the total REM content. Preferably, the amount of neodymium is less than 20% by weight of the total REM content.
Предпочтительно количество празеодима составляет по меньшей мере 2 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 4 мас.% общего содержания РЗМ. Предпочтительно количество празеодима составляет менее 10 мас.% общего содержания РЗМ.Preferably, the amount of praseodymium is at least 2% by weight, more preferably at least 4% by weight of the total REM content. Preferably, the amount of praseodymium is less than 10% by weight of the total REM content.
Предпочтительно количество церия превышает 50 мас.% общего содержания РЗМ, предпочтительно составляет от 50 до 55 мас.%.Preferably, the amount of cerium is greater than 50% by weight of the total REM content, preferably 50 to 55% by weight.
Известно, что кальций и стронций повышают сопротивление ползучести, а добавление по меньшей мере 0,5 мас.% кальция повышает прочность на растяжение.It is known that calcium and strontium increase creep resistance, and the addition of at least 0.5 wt.% Calcium increases tensile strength.
Вместе с тем, следует избегать добавления Са и 8г, поскольку даже в очень небольших концентраAt the same time, Ca and 8g should be avoided, since even in very small concentrations
- 4 013656 циях эти элементы создают существенные проблемы заедания, что сказывается на литейных качествах сплава.- 4 013656 tion these elements create significant problems of seizing, which affects the casting properties of the alloy.
Далее настоящее изобретение более подробно описано на следующих примерах, которые лишь иллюстрируют изобретение и не должны считаться каким-либо образом ограничивающими описанное широкое изобретение.Further, the present invention is described in more detail in the following examples, which only illustrate the invention and should not be construed in any way limiting the described broad invention.
Пример 1.Example 1
С целью определения влияния элементов сплава получили несколько сплавов Мд, состав которых приведен в таблице далее.In order to determine the influence of alloy elements, several MD alloys were obtained, the composition of which is given in the table below.
Из каждого сплава изготовили несколько испытательных стержней для проведения испытаний, которые описаны в следующих примерах. Были проведены следующие испытания.Several test rods were made from each alloy for testing, which are described in the following examples. The following tests were carried out.
Прочность на растяжение и пластичностьTensile strength and ductility
Были изготовлены 6-мм испытательные стержни согласно А8ТМ и созданы следующие условия испытаний.6 mm test rods were manufactured according to A8TM and the following test conditions were created.
Разрывная машина марки Инстрон машина с усилием 10 кН.Tensile testing machine brand Instron machine with a force of 10 kN.
Комнатная температура до 210°С.Room temperature up to 210 ° С.
По меньшей мере 5 сравнительных испытаний при каждой температуре.At least 5 comparative tests at each temperature.
Скорость деформацииStrain rate
1,5 мм/мин при деформации до 0,5%, мм/мин при деформации свыше 0,5%.1.5 mm / min with deformation up to 0.5%, mm / min with deformation over 0.5%.
Испытания проводились в соответствии с Ι8Θ 6892.Tests were conducted in accordance with Ι8Θ 6892.
Испытание на ползучесть при растяженииTensile Creep Test
Для этого испытания использовали следующий испытуемый материал.The following test material was used for this test.
Диаметр: 6 ммDiameter: 6mm
Измерительная база: 32,8 ммMeasuring base: 32.8 mm
Радиус кривизны: 9 ммRadius of curvature: 9 mm
Диаметр захватывающей головки: 12 ммGrip Head Diameter: 12mm
Общая длина: 125 мм.Total length: 125 mm.
Испытания проводились в соответствии с Л8ТМ Е 139.The tests were carried out in accordance with L8TM E 139.
Испытание на релаксацию напряженийStress Relaxation Test
Испытуемый материал диаметр -12 мм, длина - 6 ммThe test material diameter is -12 mm, length - 6 mm
Образцы отрезали от произвольного конца стержней, испытываемых на ползучесть.Samples were cut from the arbitrary end of the creep rods.
Испытания проводились в соответствии с Л8ТМ Е328-86The tests were carried out in accordance with L8TM E328-86
Антикоррозионные свойстваAnticorrosion properties
Испытания проводились в соответствии с А8ТМ 117.The tests were carried out in accordance with A8TM 117.
Пример 2.Example 2
Была измерена прочность нескольких составов в зависимости от температуры.The strength of several formulations was measured as a function of temperature.
Результаты приведены на фиг. 12, 13 и 14. На них по оси у показана прочность на растяжение в МПа, а по оси х показана температура в градусах Цельсия.The results are shown in FIG. 12, 13 and 14. They show the tensile strength in MPa along the y axis, and the temperature in degrees Celsius along the x axis.
Пример 3.Example 3
Была измерена деформация при ползучести нескольких составов в зависимости от температуры.The creep strain of several compositions was measured as a function of temperature.
Результаты приведены на фиг. 15 и 16. Измерения, показанные на фиг. 15, осуществляли при температуре 175°С с усилием в 40 МПа, а измерения, показанные на фиг. 16, при температуре 150°С с усилием в 90 МПа.The results are shown in FIG. 15 and 16. The measurements shown in FIG. 15 was carried out at a temperature of 175 ° C with a force of 40 MPa, and the measurements shown in FIG. 16, at a temperature of 150 ° C with a force of 90 MPa.
По оси у показана деформация при ползучести в процентах, а по оси х показано время в часах.The y-axis shows the percent creep strain, and the x-axis shows time in hours.
Пример 4.Example 4
Была определена релаксация напряжений нескольких составов из таблицы, выраженная в остающейся нагрузке в зависимости от времени. Результаты приведены на фиг. 17-19.The stress relaxation of several compositions from the table was determined, expressed in the remaining load as a function of time. The results are shown in FIG. 17-19.
На них по оси у показана остающаяся нагрузка в процентах от исходной нагрузки, а по оси х показано время в часах.On them, the y-axis shows the remaining load as a percentage of the initial load, and the x-axis shows time in hours.
Пример 5.Example 5
В соответствии с А8ТМВ117 были определены антикоррозионные свойства нескольких составов. В ходе этого испытания использовали большое количество данных для определения влияния содержания РЗМ в зависимости от содержания А1. Результаты приведены на фиг. 20.In accordance with A8TMB117, the anticorrosion properties of several compounds were determined. During this test, a large amount of data was used to determine the effect of the REM content as a function of A1 content. The results are shown in FIG. twenty.
По оси у показано содержание РЗМ в мас.%, а по оси х показано содержание А1 также в мас.%.The y-axis shows the REM content in wt.%, And the x-axis shows the A1 content also in wt.%.
Линии границ между областями с различной штриховкой отображают линии одинаковой коррозионной стойкости.The boundary lines between regions with different hatching represent lines of the same corrosion resistance.
Из приведенных результатов испытаний следует, что предложен способ литья магниевого сплава, позволяющий получать изделия с улучшенным сочетанием характеристик ползучести при повышенных температурах, пластичности и коррозионной характеристики.From the above test results it follows that a method of casting a magnesium alloy is proposed, which allows to obtain products with an improved combination of creep characteristics at elevated temperatures, ductility and corrosion characteristics.
- 5 013656- 5 013656
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM
Claims (18)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP05077583 | 2005-11-10 | ||
PCT/EP2006/009082 WO2007054152A1 (en) | 2005-11-10 | 2006-09-19 | A combination of casting process and alloy compositions resulting in cast parts with superior combination of elevated temperature creep properties, ductility and corrosion performance |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA200801268A1 EA200801268A1 (en) | 2008-10-30 |
EA013656B1 true EA013656B1 (en) | 2010-06-30 |
Family
ID=37546955
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA200801268A EA013656B1 (en) | 2005-11-10 | 2006-09-19 | A casting process and alloy mg-al-re composition resulting in cast parts with superior combination of elevated temperature creep properties, ductility and corrosion performance |
Country Status (17)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20090133849A1 (en) |
EP (1) | EP1957221B1 (en) |
JP (1) | JP5290764B2 (en) |
KR (1) | KR101191105B1 (en) |
CN (1) | CN101528390B (en) |
AT (1) | ATE538887T1 (en) |
AU (1) | AU2006312743B2 (en) |
BR (1) | BRPI0618517B1 (en) |
CA (1) | CA2627491C (en) |
EA (1) | EA013656B1 (en) |
ES (1) | ES2379806T3 (en) |
HR (1) | HRP20120244T1 (en) |
PL (1) | PL1957221T3 (en) |
PT (1) | PT1957221E (en) |
RS (1) | RS52267B (en) |
SI (1) | SI1957221T1 (en) |
WO (1) | WO2007054152A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103469124A (en) * | 2013-09-12 | 2013-12-25 | 哈尔滨工程大学 | In-situ synthesized Al4La crystal whisker reinforced magnesium matrix composite material and preparation method |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NO20063703L (en) * | 2006-08-18 | 2008-02-19 | Magontec Gmbh | Magnesium stop process and alloy composition |
CN101158002B (en) * | 2007-11-06 | 2011-01-12 | 中国科学院长春应用化学研究所 | AE series thermo-stable die-casting magnesium alloy containing cerium and lanthanide |
CN102162053B (en) * | 2011-03-11 | 2012-07-25 | 闻喜县瑞格镁业有限公司 | Preparation method of high-strength high-temperature-creep-resistant magnesium-rare earth alloy |
EP2645351B1 (en) | 2012-03-28 | 2016-04-20 | Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources | Debris-flow simulation apparatus having variable flume |
KR101195409B1 (en) | 2012-04-10 | 2012-11-05 | 한국지질자원연구원 | debris flow flume to examine hydroplaning effect |
US9669459B2 (en) * | 2012-10-26 | 2017-06-06 | Ford Motor Company | System and method of making a cast part |
IL238698B (en) * | 2015-05-07 | 2018-04-30 | Dead Sea Magnesium Ltd | Creep resistant, ductile magnesium alloys for die casting |
DE202016105961U1 (en) | 2016-10-24 | 2016-12-20 | Magontec Gmbh | High strength and high ductile magnesium alloy |
CN106862523A (en) * | 2017-02-14 | 2017-06-20 | 山东银光钰源轻金属精密成型有限公司 | A kind of C grades of Aluminum Alloy Used in Cars structural member die casting |
CN107052298A (en) * | 2017-02-14 | 2017-08-18 | 山东银光钰源轻金属精密成型有限公司 | A kind of sedan door outside plate aluminum alloy die-casting die |
CN109136699B (en) * | 2017-06-15 | 2021-07-09 | 比亚迪股份有限公司 | High-heat-conductivity magnesium alloy, inverter shell, inverter and automobile |
CN107604228B (en) * | 2017-08-30 | 2019-09-27 | 上海交通大学 | Corrosion-resistant diecast magnesium alloy of high thermal conductivity and preparation method thereof |
SE544427C2 (en) * | 2021-04-21 | 2022-05-24 | Husqvarna Ab | A Magnesium Alloy and a High Performance Magnesium Cylinder made from the Magnesium Alloy |
WO2023159080A2 (en) * | 2022-02-15 | 2023-08-24 | Metali Llc | Methods and systems for high pressure die casting |
CN114921707B (en) * | 2022-05-09 | 2023-04-14 | 苏州慧金新材料科技有限公司 | Magnesium-based composite material cooperatively enhanced by rare earth and silicon carbide and preparation method thereof |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1060817A1 (en) * | 1999-06-04 | 2000-12-20 | Mitsui Mining and Smelting Co., Ltd | Pressure die-casting process of magnesium alloys |
WO2005108634A1 (en) * | 2004-05-10 | 2005-11-17 | Norsk Hydro Technology B.V. | Magnesium alloy having improved elevated temperature performance |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NO132492C (en) | 1973-10-01 | 1975-11-19 | Nl Industries Inc | |
US5552110A (en) * | 1991-07-26 | 1996-09-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Heat resistant magnesium alloy |
US6264763B1 (en) * | 1999-04-30 | 2001-07-24 | General Motors Corporation | Creep-resistant magnesium alloy die castings |
CN1225565C (en) * | 2001-08-24 | 2005-11-02 | 三菱铝株式会社 | Mould casting magnesium alloy |
US6892790B2 (en) | 2002-06-13 | 2005-05-17 | Husky Injection Molding Systems Ltd. | Process for injection molding semi-solid alloys |
AUPS311202A0 (en) * | 2002-06-21 | 2002-07-18 | Cast Centre Pty Ltd | Creep resistant magnesium alloy |
JP4926496B2 (en) * | 2006-02-24 | 2012-05-09 | 株式会社豊田中央研究所 | Magnesium alloy for die casting with excellent heat resistance, castability and corrosion resistance |
NO20063703L (en) * | 2006-08-18 | 2008-02-19 | Magontec Gmbh | Magnesium stop process and alloy composition |
-
2006
- 2006-09-19 PL PL06805766T patent/PL1957221T3/en unknown
- 2006-09-19 ES ES06805766T patent/ES2379806T3/en active Active
- 2006-09-19 KR KR1020087011832A patent/KR101191105B1/en active IP Right Grant
- 2006-09-19 BR BRPI0618517-7A patent/BRPI0618517B1/en active IP Right Grant
- 2006-09-19 WO PCT/EP2006/009082 patent/WO2007054152A1/en active Application Filing
- 2006-09-19 CA CA2627491A patent/CA2627491C/en active Active
- 2006-09-19 AU AU2006312743A patent/AU2006312743B2/en not_active Ceased
- 2006-09-19 US US12/093,070 patent/US20090133849A1/en not_active Abandoned
- 2006-09-19 EP EP06805766A patent/EP1957221B1/en active Active
- 2006-09-19 JP JP2008539269A patent/JP5290764B2/en active Active
- 2006-09-19 PT PT06805766T patent/PT1957221E/en unknown
- 2006-09-19 SI SI200631272T patent/SI1957221T1/en unknown
- 2006-09-19 CN CN2006800414689A patent/CN101528390B/en active Active
- 2006-09-19 AT AT06805766T patent/ATE538887T1/en active
- 2006-09-19 RS RS20120132A patent/RS52267B/en unknown
- 2006-09-19 EA EA200801268A patent/EA013656B1/en not_active IP Right Cessation
-
2012
- 2012-03-16 HR HR20120244T patent/HRP20120244T1/en unknown
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1060817A1 (en) * | 1999-06-04 | 2000-12-20 | Mitsui Mining and Smelting Co., Ltd | Pressure die-casting process of magnesium alloys |
WO2005108634A1 (en) * | 2004-05-10 | 2005-11-17 | Norsk Hydro Technology B.V. | Magnesium alloy having improved elevated temperature performance |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
"Magnesium makes its engine cradle mark", AEI MATERIAL INNOVATIONS, April 2005 (2005-04), pages 106-111, XP002413031, Retrieved from the Internet: URL:www.sae.org/automag/material/04-2005/1-113-4-106.pdf> [retrieved on 2007-01-02], page 110-page 111 * |
AVEDESIAN M.M. ET AL.: "Magnesium and Magnesium Alloys", ASM SPECIALTY HANDBOOK, May 2000 (2000-05), pages 66-77, XP002146913, the whole document * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103469124A (en) * | 2013-09-12 | 2013-12-25 | 哈尔滨工程大学 | In-situ synthesized Al4La crystal whisker reinforced magnesium matrix composite material and preparation method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA200801268A1 (en) | 2008-10-30 |
AU2006312743A1 (en) | 2007-05-18 |
KR20080066805A (en) | 2008-07-16 |
AU2006312743B2 (en) | 2010-10-21 |
SI1957221T1 (en) | 2012-03-30 |
EP1957221A1 (en) | 2008-08-20 |
BRPI0618517A2 (en) | 2011-09-06 |
PL1957221T3 (en) | 2012-07-31 |
WO2007054152A1 (en) | 2007-05-18 |
RS52267B (en) | 2012-10-31 |
CN101528390B (en) | 2011-06-22 |
CA2627491A1 (en) | 2007-05-18 |
BRPI0618517B1 (en) | 2018-01-09 |
HRP20120244T1 (en) | 2012-04-30 |
ATE538887T1 (en) | 2012-01-15 |
ES2379806T3 (en) | 2012-05-03 |
JP2009527637A (en) | 2009-07-30 |
EP1957221B1 (en) | 2011-12-28 |
PT1957221E (en) | 2012-04-03 |
CA2627491C (en) | 2011-11-22 |
CN101528390A (en) | 2009-09-09 |
JP5290764B2 (en) | 2013-09-18 |
US20090133849A1 (en) | 2009-05-28 |
KR101191105B1 (en) | 2012-10-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EA013656B1 (en) | A casting process and alloy mg-al-re composition resulting in cast parts with superior combination of elevated temperature creep properties, ductility and corrosion performance | |
AU753538B2 (en) | Die casting magnesium alloy | |
US8293031B2 (en) | Magnesium alloy and the respective manufacturing method | |
KR101082065B1 (en) | Method for casting alloy composition | |
US20030173005A1 (en) | Method of manufacturing magnesium alloy products | |
KR20160011136A (en) | Magnesium alloy having improved corrosion resistance and method for manufacturing magnesium alloy member using the same | |
CN112981190A (en) | Aluminum alloy for die casting and method for manufacturing cast aluminum alloy using the same | |
JP3737371B2 (en) | Magnesium alloy for die casting | |
US4990310A (en) | Creep-resistant die cast zinc alloys | |
JP5202303B2 (en) | Zn alloy for die casting and manufacturing method thereof, Al master alloy for die casting alloy | |
US8016957B2 (en) | Magnesium grain-refining using titanium | |
JP2001247926A (en) | Magnesium alloy excellent in fluidity and magnesium alloy material | |
MX2008006088A (en) | A combination of casting process and alloy compositions resulting in cast parts with superior combination of elevated temperature creep properties, ductility and corrosion performance | |
KR20030016879A (en) | Die casting magnesium alloy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KZ KG MD TJ TM |