EP0419375B1 - Hochfeste Magnesiumlegierungen und Verfahren zu ihrer Herstellung durch rasche Erstarrung - Google Patents

Hochfeste Magnesiumlegierungen und Verfahren zu ihrer Herstellung durch rasche Erstarrung Download PDF

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EP0419375B1
EP0419375B1 EP90420383A EP90420383A EP0419375B1 EP 0419375 B1 EP0419375 B1 EP 0419375B1 EP 90420383 A EP90420383 A EP 90420383A EP 90420383 A EP90420383 A EP 90420383A EP 0419375 B1 EP0419375 B1 EP 0419375B1
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magnesium
rapidly
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Gilles Regazzoni
Gilles Nussbaum
Haavard T. Gjestland
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Ferropem SAS
Norsk Hydro ASA
Original Assignee
Pechiney Electrometallurgie SAS
Norsk Hydro ASA
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to magnesium alloys with high mechanical strength and their manufacturing process and constitutes a development of the invention described in French application 88-02885 (FR-A-2627 780).
  • Such alloys also have improved corrosion resistance; in fact, unlike the alloys described in French applications 88-02885 and 89-01913 (FR-A-2642 439), which exhibit localized corrosions (for example pitting, corrosion according to the machining streaks, etc.) which can cause along the weak zones, they exhibit corrosion that is at least as weak but also more homogeneous.
  • the alloys according to the invention therefore contain, in the required proportions, both calcium and rare earths, in particular Y (understood here as a TR), Nd, Ce, La, Pr or misch metal (MM).
  • the calcium may be in the form of Al2Ca dispersoids precipitated at the grain boundaries and / or in solid solution.
  • the particles of the intermetallic compound Al2Ca appear when the Ca concentration is sufficient; they are less than 1 ⁇ m in size and preferably less than 0.5 ⁇ m in size.
  • the TRs the dispersoids appearing from certain concentrations specific to each of the TRs. The presence of Mn is not necessary.
  • intermetallic particles for example based on Al and Mn, of very small size (of the order of 40 to 50 nanometers) can also be dispersed in the magnesium grains.
  • the alloys are obtained by the casting, rapid cooling and consolidation processes and their various modes of implementation described in the French application 88-02885 already cited which form an integral part of the description.
  • the alloy in the liquid state is subjected to rapid solidification, at a speed at least equal to 104K sec ⁇ 1, generally less than 106K sec ⁇ 1, so as to obtain a solidified product, of which at least one of the dimensions is less than 150 ⁇ m, said product then being consolidated directly by precompaction and compacting or by direct compacting, the compacting taking place at a temperature between 200 and 350 ° C.
  • the solidified product does not undergo any other conditioning operation such as grinding before being consolidated by precompaction and / or compacting, this operation possibly being of a nature to alter the mechanical characteristics of the consolidated alloy obtained.
  • the first two modes of application make it possible to obtain a solid in the form of ribbons, scales or platelets, while the latter gives powder. These methods are described in detail in French application 88-02885 and do not form part of the invention as such.
  • the rapidly solidified product can be degassed under vacuum at a temperature less than or equal to 350 ° C. before consolidation.
  • Consolidation also described in French application 88-02885, is carried out, according to the invention, directly on the solidified products, in particular directly on the scales or plates.
  • Consolidation is essential to avoid long exposures to high temperatures. We chose to operate a warm spinning which minimizes the duration of passage at high temperature.
  • the spinning temperature is between 200 and 350 ° C; the spinning ratio is generally between 10 and 40, preferably between 10 and 20, and simultaneously the speed of advance of the pestle is preferably between 0.5 and 3 mm / sec, but it can be higher.
  • the solid product before consolidation can be introduced directly into the press container, or after precompaction at a temperature of at most 350 ° C with introduction into a sheath of Mg or its alloys, or Al or its alloys, itself introduced into said container.
  • the process according to the invention makes it possible to unexpectedly obtain a consolidated magnesium alloy which has, as already described, a fine structure (grains less than 3 ⁇ m) reinforced by intermetallic compounds, and high mechanical characteristics remaining unchanged, as well as the structure of said alloy, after prolonged maintenance at a temperature reaching, or even exceeding, 350 ° C.
  • Corrosion resistance is also improved in uniformity and in weight loss (which is reduced).
  • Hv Vickers hardness expressed in kg / mm2
  • TYS elastic limit measured at 0.2% elongation, expressed in MPa
  • tests 20-21-22 which illustrate the present invention, while tests 4-23-7-9-11-12 illustrate the prior art and are drawn in part from application FR 89-01913, already cited.
  • Tests 4 and 23 relate to alloys treated by rapid solidification and consolidation of composition identical to that of AZ91; tests 7-9-11-12 relate to alloys containing Ca also obtained by rapid solidification and consolidation. It is noted that all of these alloys exhibit corrosion results and / or mechanical characteristics that are lower than those of the alloys according to the invention. Samples 23, 4 and 7 undergo heterogeneous corrosion with relatively high weight losses; samples 4 and 7 also have mechanical characteristics much lower than those of the alloys according to the invention. Sample 11 exhibits uniform corrosion but a high loss of weight, comparable to that of alloy 20, and of mechanical properties much lower than those of the latter and also those of alloys 21 or 22. Finally, the sample 12 has excellent resistance to corrosion, on the other hand its mechanical characteristics are much lower than those of the alloys according to the invention.
  • the invention makes it possible to obtain alloys having an improved corrosion resistance (uniform corrosion, generally reduced weight loss) while having increased mechanical characteristics for a high spinning temperature.
  • This last advantage is important since such temperatures make it possible to spin profiles of large dimensions and / or increase the spinning speeds while retaining good mechanical characteristics.

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Claims (13)

  1. Magnesiumbasislegierung mit einer Bruchfestigkeit von mindestens 290 MPa und einer Dehnung beim Bruch von allgemein mindestens 5 %, die die Kombination der folgenden Elemente aufweist:
    Sie hat eine Gewichtszusammensetzung, die in den folgenden Grenzen liegt:
    - Aluminium   2-11 %
    - Zink   0-12 %
    - Mangan   0-1 %
    - Calcium   0,5-7 %
    - Seltene Erden (SE)   0,1-4 %
    mit den folgenden Gehalten an Hauptverunreinigungen:
    - Silizium   < 0,6 %
    - Kupfer   < 0,2 %
    - Eisen   < 0,1 %
    - Nickel   < 0,01 %,
    wobei der Rest Magnesium ist,
    sie hat eine mittlere Abmessung von Körnern unter 3 µm und besteht aus einer homogenen Matrix, die durch Teilchen intermetallischer Verbindungen Mg₁₇Aℓ₁₂, eventuell Aℓ₂Ca je nach der Ca-Konzentration, Mg₃₂(Aℓ, Zn)₄₉, wenn Zn in der Legierung vorliegt, Mg-SE und/oder Aℓ-SE je nach dem Gehalt und/oder der Art der Seltenen Erde verstärkt ist, welche Teilchen eine mittlere Größe unter 1 µm und vorzugsweise unter 0,5 µm haben und an den Korngrenzen ausgeschieden sind, wobei dieses Gefüge nach 24-stündigem Halten bei 300 °C unverändert bleibt.
  2. Legierung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Gewichtszusammensetzung in den folgenden Grenzen liegt:
    - Aluminium   3-9 %
    - Zink   0-3 %
    - Mangan   0,1-0,2 %
    - Calcium   1-7 %
    - SE   0,5-2,5 %
    mit den folgenden Gehalten an Hauptverunreinigungen:
    - Silizium   0,1-0,6 %
    - Kupfer   < 0,2 %
    - Eisen   < 0,1 %
    - Nickel   < 0,01 %,
    wobei der Rest Magnesium ist.
  3. Legierung nach irgendeinem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seltenen Erden aus Y, Nd, Ce, La, Pr oder dem Mischmetall bestehen.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung im flüssigen Zustand einer raschen Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von mindestens 10⁴K s⁻¹derart unterworfen wird, um ein erstarrtes Produkt zu erhalten, dessen wenigstens eine der Abmessungen unter 150 µm ist, und dann direkt bei einer Temperatur im Bereich von 200 bis 350 °C kompaktiert wird.
  5. Verfahren nach dem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die rasche Abkühlung durch Gießen auf eine stark gekühlte bewegliche Oberfläche in Form eines Endlosbandes einer Dicke unter 150 µm erreicht wird.
  6. Verfahren nach dem Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die rasche Abkühlung durch Zerstäuben der flüssigen Legierung auf eine frei gehaltene, stark gekühlte Oberfläche erreicht wird.
  7. Verfahren nach dem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die rasche Abkühlung durch Zerstäuben der flüssigen Legierung mittels eines Strahls von inertem Gas erreicht wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4, 5, 6, 7, dadurch gekennzeichnet, daß das rasch erstarrte Produkt durch ein Mittel kompaktiert wird, das unter dem Strangpressen, dem hydrostatischen Extrudieren, dem Walzen, dem Schmieden und der superplastischen Verformung gewählt ist.
  9. Verfahren nach dem Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das rasch erstarrte Produkt durch Strangpressen bei einer Temperatur im Bereich von 200 bis 350 °C mit einem Preßgrad im Bereich von 10 bis 40 und vorzugsweise von 15 bis 20 und mit einer Vorrückgeschwindigkeit des Stempels der Presse zwischen 0,5 und 3 mm pro Sekunde kompaktiert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das rasch abgekühlte Produkt direkt in den Preßtopf der Strangpresse eingeführt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das rasch abgekühlte Produkt vorab in eine aus Aluminium, Magnesium oder einer Legierung auf Basis des einen oder des anderen dieser beiden Metalle bestehende metallische Hülle eingeführt wird.
  12. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das rasch erstarrte Produkt zunächst in Form eines Barrens bei einer Temperatur von höchstens 350 °C vorkompaktiert wird.
  13. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das rasch abgekühlte Produkt vor der Verdichtung unter Vakuum bei einer Temperatur unter oder gleich 350 °C entgast wird.
EP90420383A 1989-08-24 1990-08-21 Hochfeste Magnesiumlegierungen und Verfahren zu ihrer Herstellung durch rasche Erstarrung Expired - Lifetime EP0419375B1 (de)

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FR8911357 1989-08-24

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EP0419375A1 EP0419375A1 (de) 1991-03-27
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