EP1171643B1 - Highly ductile magnesium alloys, method for producing them and use of the same - Google Patents
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- EP1171643B1 EP1171643B1 EP00920534A EP00920534A EP1171643B1 EP 1171643 B1 EP1171643 B1 EP 1171643B1 EP 00920534 A EP00920534 A EP 00920534A EP 00920534 A EP00920534 A EP 00920534A EP 1171643 B1 EP1171643 B1 EP 1171643B1
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- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/06—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of magnesium or alloys based thereon
Definitions
- the invention relates to magnesium alloys of high ductility, processes for their Production and their use, in particular those containing calcium and / or strontium Magnesium alloys.
- magnesium alloys in the range from 1.2 to 1.9 g / cm 3 are of great interest as metallic construction materials, above all for vehicle and aircraft construction. In the future, they will be used more and more for the lightweight construction of motor vehicles and airplanes, in order to be able to compensate for the weight of additional elements due to increasing comfort and safety standards, especially in new low-emission automobiles. They are also of interest for transportable devices or systems that are particularly light-weight for other reasons.
- the lightweight construction enables the construction of energy-saving vehicles and planes, such as the 3-liter motor vehicle, to a particular extent.
- the cold formability of the commercially available magnesium alloys is due to the hexagonal crystal structure and the associated low ductility limited. Polycrystalline magnesium and most magnesium alloys behave becomes brittle at room temperature. For a number of applications or for certain Manufacturing process of semi-finished products from magnesium alloys is in addition to good ones mechanical properties such as high tensile strength require ductile behavior. On improved forming, energy absorption and deformation behavior requires a higher one Ductility and possibly also higher strength and toughness. For this are To develop magnesium alloys with these properties or their To further develop manufacturing processes because many material variants match the manufacturing condition have widely varying material properties.
- Ductility is the ability of a material to undergo a permanent change in shape, which, in the uniaxial state according to the stress-strain diagram, is ideally without any elastic component. This property is limited by the occurrence of the break. In general, the permanent elongation achieved in the tensile test up to fracture is considered ductility. The degree of ductility can also be seen as the constriction of fracture, impact work and notched impact work, each with a slightly different statement. These properties can be determined in accordance with EN 10 002, Part 1, or in accordance with DIN 50115 and 50116.
- a highly plastic material is called ductile.
- the elasticity denotes the elastic part of the stress-strain diagram according to Hook's law, where with ideal linear-elastic relationships no permanent change in shape occurs.
- the impact work is above all a measure of the energy consumption of a semi-finished product and for plastic behavior, i.e. for deformability and rate of deformation.
- a high impact work is therefore essential for the use of deformation elements such as Crash elements, impact absorbers, impact shields and impact carriers.
- the impact work - measured on notched samples - is, among other things due to higher absolute values for Magnesium alloys are more meaningful than the impact energy and affects one largely uniaxial load.
- the impact work, which is always on notched samples is determined also indicates the susceptibility of a material to triaxial failure Burden. Their informative value is particularly low if the execution of the Notch significantly affects the values of the impact energy.
- the values listed below measured on samples in a particular The state of manufacture therefore reflects the current material properties. she provide an indication of the forming behavior that previously occurred during the forming process was. In this state it is a conclusion about the characteristics and behavior of a person Semi-finished product or even a component with this semi-finished product, which may be further refined later use possible. Furthermore, there is a conclusion about the material properties formed alloys possible, e.g. by bending, pressing, pressure rolling, Stretch drawing, deep drawing, hydroforming or roll forming processed semi-finished products are to be shaped. Because the change in Material properties from cast to extruded condition similar to that Change in material properties from cast to forged, rolled or a similar reshaped state is therefore also an inference to one other forming condition possible.
- the elastic is usually used Properties (rigidity) lifted, unless it is e.g. in the event of an accident
- Properties rigidity
- These properties are typically for use on the respective ambient temperature, in extreme cases in the range from -40 ° C to +90 ° C individual points in the vehicle or plane, however, to the locally lower or higher Turn off temperatures.
- the load state is usually multi-axis. The Conclusion from uniaxial to multiaxial load conditions is all the more possible, ever more of an isotropic structure.
- the manufacture is particularly suitable by die casting or extrusion, forging and / or rolling.
- requirement for the use of semi-finished products made of magnesium alloys or from them or with them Components manufactured in automobiles can meet certain property profiles depending after application such as for deformation elements, seat and door frames one Tensile strength of the light material of at least 100 MPa, preferably at least 130 MPa, together with an elongation at break measured at room temperature of at least 10%, preferably at least 15%.
- higher strength values and higher ductility are also one Relief and partly also a prerequisite for the forming of cast blanks or for the further forming of already formed blanks or semi-finished products.
- the higher the higher these properties are in the cast or powder-compacted state are usually also in the deformed state.
- a higher ductility can do that Forming or reshaping, especially extrusion, easier. Therefore an elongation at break of at least 10% is also for the following ones Manufacturing steps for elements made of magnesium alloys helpful. Therefore, from tensile strength of at least 150 MPa measured for several reasons Room temperature, preferably at least 180 MPa, or an elongation at break of at least 18%, preferably at least 20%, particularly preferably of at least 25%, recommended.
- the elongation at break is usually commercial Common magnesium alloys measured at room temperature less than 12%.
- alloys based on Mg-Al-Zn such as AZ31, AZ61 and AZ80, based on Mg-Zn-Zr such as ZK40 and ZK60 or based on Mg-Mn such as M1.
- Neite describes in Materials Science and Technology, Vol. 8, ED .: K. H. Matucha, 199 ?, in Chapter 4.3.2 Manufacturing processes and mechanical properties of typical Magnesium alloys.
- extruded magnesium alloys based on AZ in shape of bars especially increasing with the aluminum content - tensile strengths of 204 up to 340 MPa and elongations at break of 9 to 17% indicated by an artificial Aging could be increased up to a tensile strength of 380 MPa, but the Elongation at break decreased to 6 to 8%.
- Alloy M1 typically had a tensile strength in the extruded state 225 MPa and an elongation at break of 12%.
- For the ZE10 alloy in rolled and annealed dynamically recrystallized state will be 215 to 230 MPa tensile strength and 18 to 23% elongation at break specified.
- GB 2,296,256 A gives values of elongation at break of 17.2 and 18% for alloys MgAl0.5-1.1Mn0.10-0.12, which, however, had a rather low flexural strength.
- WO 89/11552 describes so-called super-plastic moldings Magnesium alloys based on ZnALSE or AlMn. The alloys were over spontaneous quenching of melt droplets obtained.
- the sample 5 in Table 1 said composition based on has contents of Al of 11% by weight and of Mn of 1 % By weight. It also only shows an elongation at break of 3.5%, which is comparatively low ductility, i.e. high brittleness, suggests.
- the highest Elongation at room temperature in all other examples is 18% and was for a magnesium alloy with the composition MgZn2Al15Nd1 was determined.
- EP-A-0 414 620 also teaches magnesium alloys, the Al, Zn, Mn, Ca or / and SE contain.
- the alloys based on AlZn have significantly different compositions than AZ 31.
- EP-A-0 791 662 provides information on magnesium alloys which contain Al, Mn, Ca, SE and possibly Zn contain.
- the alloys of the examples and comparative examples have one Elongation at break in the range from 0.3 to 6.9%.
- No. 5,681,403 teaches magnesium alloys based on AlMn, which may contain SE, Ca, Cu or / and Zn contain.
- the diagrams show an elongation at break of less than for the alloys 12% off.
- US 4,675,157 protects magnesium alloys with up to 11% Al, up to 4% Zn, from 0.5 to 4% of elements selected from Si, Ge, Co, Ti and Sb, the sum of Al and Zn Is 2 to 13% and a mixed crystal phase occurs in a certain way.
- This Magnesium alloys were made by quenching melt droplets. The Elongation at break of various examples and comparative examples varies between 0.8 and 11%.
- JP-A-09/316586 published on December 9, 1997 teaches wear and heat resistant Magnesium alloys with up to 4% SE, up to 5% Si and possibly ⁇ 1% Mn, ⁇ 1% Zr, ⁇ 4% Ca, ⁇ 10% Al, ⁇ 5% Zn and ⁇ 5% Ag. These alloys are characterized by high tensile strength Room temperature and at 200 ° C, but not optimized for high ductility.
- EP-A-0 799 901 discloses heat-resistant magnesium alloys with good creep properties based on 2 to 6% Al and 0.5 to 4% Ca with a Ca: Al ratio of ⁇ 0.8. However, the elongation at break of these samples should only be 0.8 to 7%.
- US 5,071,474 carries out a process for forging magnesium alloys on the Basis of quenched melt droplets, the alloys in addition to Al and Zn Mn, Ce, Nd, Pr and Y can contain.
- the elongation at break of the examples and Comparative examples fluctuate between 0 and 11%.
- GB 831,638 describes the mechanical properties of magnesium alloys Basis of Th and Mn and, if applicable, of Zn and / or SE disclosed. The elongation at break of the Examples are only 3.5 and 4%.
- JP-A-62/00348 published on July 19, 1994 teaches high-strength heat-resistant Magnesium alloys with up to 5% lanthanides and possibly ⁇ 5% Ca, ⁇ 1.5% Mn, ⁇ 1.5 % Zr or / and contents of Ag, Al, Sc, Sr, Y or Zn.
- the alloys are apparently only on Tensile strength optimized at room temperature and at elevated temperature.
- DE-A-42 08 504 protects machine components from a containing 2 to 8% SE Magnesium alloy, which has a high proportion of samarium and a good creep and Fatigue strength and good tensile strength at elevated temperature should. The specimens mentioned were neither reshaped nor deformed.
- US 3,024,108 discloses magnesium alloys based on ZnMn, the SE and / or Th contain.
- the mechanical properties of the rolled samples are each for the Direction of rolling and specified transversely thereto, with averaging over all directions Elongation at break of approx. 9 to 13%.
- A. Raman describes in Uses of Rare Earth Metals and Alloys in Metallurgy, Z. Metallischen 68, 1977, 3, 163 - 172, SE-containing magnesium alloys. Even if occasionally by one Increase in ductility due to the addition of at least one rare earth element the only explicitly stated values of the elongation at break are between 2 and 8% or below Reference to JP-A-72/07973 (March 1972) for La-containing magnesium alloys at about 25%.
- T. Mohri et al. describe in Microstructure and mechanical properties of a Mg-4Y-3RE alloy processed by thermo-mechanical treatment in Materials Science and Engineering A257, 1998, 287-294, magnesium alloys with 4% Y, 0.41% Zr, 0.15% Li and 3.2% SE, of which 2.2% are Nd.
- the extruded samples showed one Elongation at room temperature of about 13% or about 20%.
- WO-A-96/25529 describes magnesium alloys with a content of 2 to 6% by weight aluminum and with 0.1 to 0.8% by weight calcium. In addition to other components, the alloys can also contain up to about 0.5% by weight of manganese. These are cast alloys that are made from a magnesium-aluminum alloy and a calcium-magnesium alloy. The alloys contain the intermetallic compound Al 2 Ca and have an increased creep resistance. Forming after casting is not intended.
- Japanese patent abstract JP-A-9271919 describes heat-resistant Magnesium alloys with a content of 2 to 10 wt .-% aluminum and 1 to 10 % By weight calcium, which in addition to other elements also contains less than 2% May contain manganese.
- the alloys are formed from metal grains or pellets by injection molding at the liquidus temperature or by molding in the semi-melted State from a mixture between solid phase and liquid phase. It will be one Elongation at break of 14% and a tensile strength of 200 MPa are given for the products.
- the problem is solved with a magnesium alloy, the additives or traces of Cd less than 1.8% by weight and the traces of up to 0.1% by weight of Cu, up to 0.05% by weight of Fe and can contain up to 0.005% by weight of Ni and 0.2 to 4% by weight of Mn and 0.2 to 6 Wt .-% Ca or / and 0.1 to 6 wt .-% Sr, the remaining contents of Magnesium alloy consist of magnesium and unavoidable impurities, their compressive strength is at least 300 MPa, their impact energy measured notched specimens at least 20 J and their elongation at break measured on tensile specimens is at least 15% and it is made from high purity alloys Extrusion or forging with a degree of deformation of at least 1.5 under dynamic recrystallization and with the formation of a fine-grained structure with a average grain size of at most 25 ⁇ m.
- the task is also solved with a corresponding magnesium alloy, the one Alloy based on AM (aluminum / manganese) or MA (manganese / aluminum) which is 0.5 to 10 wt .-% Al and 0.1 to 4 wt .-% Mn and 0.1 to 6 wt .-% Ca or / and Sr contains, with the remaining contents of the magnesium alloy of magnesium and unavoidable impurities, with a compressive strength of at least 320 MPa, their impact energy measured on unslotted specimens at least 40 J and their Elongation at break measured on tensile specimens is at least 16% and where it is produced is made of high purity alloys by extrusion or forging with one Degree of deformation of at least 1.5 with dynamic recrystallization and with training a fine-grained structure with an average grain size of at most 25 ⁇ m.
- AM aluminum / manganese
- MA manganesese / aluminum
- These magnesium alloys preferably have a plastic portion of the stress determined in the tensile test according to the stress-strain diagram from the difference of Tensile stress and yield stress of at least 40 MPa, particularly preferably of at least 60 MPa, very particularly preferably from 80 to 120 MPa.
- All of these magnesium alloys can include be made by extrusion. However, there are other forming processes instead of or together with the Extrusion is an advantage, especially forging. They are preferably formed, in particular extruded and / or forged, and have a fine-grained, dynamic recrystallized structure, in particular with an average grain size of not more than 20 ⁇ m, and a precipitation phase content of not more than 5% by volume is preferred of not more than 2% by volume. You can use a structure with a medium Grain size of at most 25 microns, especially preferably of at most 15 ⁇ m, very particularly preferably of at most 8 ⁇ m. The average grain size is obtained on bevels with conventional stereometric methods certainly.
- the chemical composition of the magnesium alloys varied only slightly or almost not at all from the composition of the melt to the composition before or after extrusion to the composition of the semi-finished product made from it.
- the invention further relates to a method for producing such Magnesium alloy, in which a shaped or compacted molded body is produced and is dynamically recrystallized by shaping and / or shaping.
- the molded body can therefore have been produced via the melt or / and via powder.
- At the Forming especially during extrusion, results in a degree of forming of at least 1.5 chosen, preferably from at least 2 or even from at least 3, to be dynamic To achieve recrystallization and a fine-grained structure.
- the degree of deformation characterizes the degree of cross-sectional reduction when reshaping and is considered more natural Logarithm of the ratio of the initial cross section to the cross section according to the Forming specified.
- the aim is to create a structure that is as fine-grained as possible Magnesium alloys require high ductility.
- the reshaped and / or deformed shaped body can then be a semi-finished product and / or a component made from or with this semi-finished product are processed or processed.
- the semi-finished product or the component made from or with the semi-finished product can directed, e.g. by bending, pressing, pressure rolling, stretch drawing, deep drawing, Internal high pressure forming or roll forming further deformed, e.g. by cutting, drilling, Milling, grinding, lapping, polishing, machining, joining and / or e.g. by etching, pickling, Painting or other coating are surface treated.
- the semi-finished product or the component made therefrom or with it can pass through at least one low-heat joining process such as Gluing, riveting, plugging, pressing, Pressing in, clinching, folding, shrinking or screwing and / or at least one heat-generating joining process such as Composite casting, composite forging, Composite extrusion, composite rolling, soldering or welding, in particular Beam welding or fusion welding, with a similar or different type Semi-finished product or component can be connected.
- the different semi-finished product or component can likewise essentially of a magnesium alloy or of another alloy or also consist of a non-metallic material. It can be the same or one have a different geometry than the semi-finished product or component according to the invention.
- the Joining methods can serve in particular to create a housing from several elements, to manufacture an apparatus, a system, a profile construction and / or a cladding.
- semi-finished products are understood to be shaped articles which have not yet are completed and ready for use for their respective application.
- the molded articles are suitable for the intended purpose designated.
- both terms flow smoothly into one another, since it is the same shaped body for one purpose around a semi-finished product, but for the other can already be a component.
- Simplification does not strictly differentiate between semi-finished products and components throughout the text or both mentioned at the same time or only spoken of magnesium alloy, although both can be meant.
- the semifinished products made of magnesium alloys according to the invention or those thereof or therewith manufactured components can be used as rims, gear housings, Steering wheel skeletons, wishbones, frame elements, elements of vehicle cells or Vehicle outer skins, vehicle cell, vehicle outer skin, cockpit support, cockpit skin, Housing, floor elements, floors, lids, tank elements, tank flaps, brackets, Supports, beams, angles, hollow profiles, pipes, deformation elements, crash elements, Crash absorbers, impact absorbers, impact shields, impact carriers, small parts such as Gears than Impellers and other types of wheels, as welded profile constructions, for the Vehicle body, for seat, window and / or door frames, as semi-finished products, components or Connections on or in the automobile or airplane.
- high-purity alloys are alloyed with additives.
- the high-purity alloys can absorb small amounts of contaminants from the crucible during the melting process.
- the alloys can be melted, for example, in a nickel and chromium-free steel crucible under a protective gas atmosphere, for example Ar or / and SF 6 .
- a protective gas atmosphere for example Ar or / and SF 6 .
- the powder-metallurgical production of green compacts possibly with subsequent annealing, can also be used.
- the process steps are known in principle, but require a different modification or optimization depending on the alloy.
- a bolt with a very large diameter can be cast are then turned into round bolts using a high-performance extrusion press can be pressed with a diameter that corresponds to the recipient diameter.
- the segregation is reduced by the thermomechanical treatment.
- the cast bolts can first be subjected to heat treatment depending on the Alloy composition in e.g. 350 ° C homogenized in the range from 6 h to 12 h to eliminate segregations in the structure, some of which heterogeneous structure too improve and increase the pressability. Then the homogenized bolts machined to the required dimensions.
- the extrusion of the magnesium alloys can be carried out in the same extrusion plants take place, which are used for the extrusion of aluminum alloys, both via direct as well as indirect extrusion. Only with the Tool design (die), the deformation behavior must be specifically taken into account. There are sharp-edged inlets, such as those used in aluminum alloys Avoid magnesium alloys, otherwise there is a risk of surface cracks. In many cases e.g. for matrices of round profiles an entry angle of approx. 50 ° for Magnesium alloys used.
- the most important parameter besides the extrusion temperature is the extrusion speed, because they have the properties and surface quality of the Extruded profiles significantly influenced.
- a high pressure also means a high one Extrusion speed, which is aimed for economic reasons.
- a high Extrusion speed is usually with an even better surface quality connected.
- the pressability of the magnesium alloys is comparable to that heavy-duty aluminum alloys.
- a high extrusion speed is true Desired from an economic point of view, but is not the case with magnesium alloys always feasible.
- Magnesium alloys usually need the parameters for extrusion in detail be worked out because there is a huge potential for optimization.
- the extrusion is advantageously followed by a heat treatment.
- This Heat treatment is usually not of great interest since the Alloys according to the invention are usually not strong through this heat treatment be improved.
- the semi-finished products can be straightened, further deformed, processed, joined or / and surface treated.
- semi-finished products can be improved, components are also manufactured.
- a Al, E indicates at least one of the alloy designations used Rare earth element SE, whereby La and Y are also classified as rare earth elements, M or MN Mn, S Si and Z Zn - usually with content in% by weight, insofar as nothing other is noted.
- alloy information such as AZ31 are only of the order of magnitude as usual for the respective alloy Levels indicated that can vary to a relatively wide extent as is customary in the industry. additionally can in the starting alloy used in the examples and the so produced modified alloys based on AZ have a low manganese content. All Examples showed traces of less than 0.1 wt% Cd, less than 0.05 wt% Cu, less than 0.04 wt% Fe and less than 0.003 wt% Ni.
- the alloys were made as high-purity, commercially available alloys or usually from high-purity starting alloys such as, for example, AM, AS or AZ alloys or by adding high-purity magnesium HP-Mg, a rare earth element-containing pre-alloy with a ratio of Nd to other rare earths, including yttrium of 0.92, a zirconium-containing master alloy, alloyed with calcium or strontium.
- the standard alloys contained an Mn content of up to about 0.2% by weight.
- the alloys were melted in a steel crucible under the protective gas atmosphere of an Ar-SF 6 mixture. The melt was kept and poured at a temperature in the range from 780 to 820 ° C, once at 750 ° C.
- the blanks required for the subsequent extrusion were cast in a cylindrical steel mold with machining allowance.
- the mold had a diameter of 90 or 110 mm and a mold temperature in the range from 80 to 320 ° C.
- the element contents achieved were checked spectroscopically. With all alloys, care was taken to ensure that the structure of the cast body is as homogeneous and free of impurities as possible, as this can have a sensitive effect on ductility. All alloys could be melted, poured off and processed into bolts without any problems.
- the castings were then homogenized at 350 ° C. for 12 h.
- Bolts usually made 70 mm in diameter and 120 mm in length; with 6 samples for the AZ31Ca0.3 alloy, however, a diameter of 74 mm was chosen.
- the homogenized and twisted bolts were then well prepared for extrusion.
- the bolts were then brought to the respective extrusion temperature in the range from 200 to Heated to 450 ° C, warmed for 60 to 150 minutes and in a 400 t horizontal press extruded.
- the temperature of the bolt is therefore the temperature that the bolt at Has entry into the extrusion press.
- extrusion pressures that occurred varied depending on the alloy used and set parameters in a wide range.
- the final pressures reached were for Alloys without Ca, SE or Zr addition in the range around 10 ⁇ 2 MPa Extrusion temperatures greater than 300 ° C and in the case of alloys containing Ca, SE or Zr up to 4 MPa higher.
- Cause for the higher extrusion pressures and thus for the increased Resistance to deformation of magnesium alloys with Ca, SE or Zr addition is a higher proportion of stable precipitates than with magnesium alloys without it Additive.
- extrusion pressures were generally somewhat higher determined.
- the strength values determined on the cast and extruded samples were much higher than expected.
- the deformability was also surprising of these alloys very high. It was also surprising that the The material properties of the modified alloys are surprisingly little dependent varied from the extrusion conditions, which is advantageous for production. Furthermore was it is surprising that the impact energy of the ZE10 alloy was so high.
- the measurement results of the Brinell hardness determinations did not allow any special ones Statement.
- the Brinell hardness of the extruded samples was found to be 7 to 22% greater than the cast samples. The hardness increased with the aluminum content.
- extruded alloy AM20Ca0.2 and AM50Ca0.5 compared to extruded alloy AM20 or AM50 higher in compression and impact tests mechanical properties with a comparably high ductility, with the lower Alloys containing aluminum also in tensile tests. Because the examined extruded samples that have not yet had the best structural homogeneity can be found here even better properties can be achieved.
- the extruded alloy AZ31Ca0.3 or AS41 Ca0.4 the results of the compressive strength were higher than for the extruded AZ31 or AS41 alloy. With these Ca-modified alloys the highest determined compressive strengths occurred.
- the mean grain sizes with the extrusion temperature e.g.
- the alloy was AM50Ca0.5 the average grain size in the range of 4.5 to 9 ⁇ m and therefore due to the addition of Ca. lower, the mean grain sizes proportional to the extrusion temperature also increased slightly.
- the extruded alloy MN150Ca0.2 showed a very strong increase in most mechanical properties compared to the extruded alloy MN150. Adding Zr0.7 to the extruded MN150 base alloy had little effect out.
- the properties of the ZE10 alloy become essential from the rare earths influenced and can vary in the variation of rare earth elements including lanthanum and Yttrium and their contents can be further optimized. Occurred with the alloy ZE10 average grain sizes in the range of 6.5 to 13 microns, which again with the Extrusion temperature tend to increase; however, this alloy also warmed up increasing extrusion speed relatively strong, which at higher Extrusion speed also led to somewhat larger average grain sizes.
- magnesium alloys in particular were found to be suitable, in which a Ca content in the range of about 0.05 to 0.2% by weight Ca was added to each 1% by weight Al present in order to separate out the Al 2 Ca. Phase.
- the Al 2 Ca phase proved to be more temperature stable than the Mg 17 Al 12 phase and was therefore able to hinder the grain growth during extrusion better than the Mg 17 Al 12 phase.
- the Mg 2 Si precipitation phase also prevented grain growth during extrusion better than the Mg 17 Al 12 phase.
- the addition of Ca to Al-free alloys led to the formation of Mg 2 Ca or Ca 5 Zn 2 precipitates.
- phase Mg 17 Al 12 which normally appears in magnesium alloys containing Al, does cause a somewhat increased strength, but is also responsible for a lower elongation at break. Since this phase is even more brittle than the pure hexagonal Mg phase, higher levels of Mg 17 Al 12 should be avoided.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Magnesiumlegierungen hoher Duktilität, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung, insbesondere Calcium-, und/oder Strontium-, -haltige Magnesiumlegierungen.The invention relates to magnesium alloys of high ductility, processes for their Production and their use, in particular those containing calcium and / or strontium Magnesium alloys.
Magnesiumlegierungen sind aufgrund ihrer sehr geringen Dichte etwa im Bereich von 1,2 bis 1,9 g/cm3 als metallische Konstruktionsmaterialien vor allem für den Fahrzeug- und Flugzeugbau von hohem Interesse. Sie werden zukünftig für den Leichtbau von Kraftfahrzeugen und Flugzeugen immer mehr eingesetzt werden, um das Gewicht von zusätzlichen Elementen aufgrund steigender Komfort- und Sicherheitsstandards insbesondere bei neuen schadstoffärmeren Automobilen ausgleichen zu können. Sie sind auch für transportable oder aus anderem Grund besonders leicht gebaute Geräte und Anlagen von Interesse. Der Leichtbau ermöglicht dabei in besonderem Maße die Konstruktion von energiesparenden Fahr- und Flugzeugen wie z.B. des 3-Liter-Kraftfahrzeugs. Unter den Herstellungsverfahren kommt beim Urformen dem Druckgießen und beim Umformen dem Strangpressen, Schmieden, Walzen und ggf. nachfolgendem Umformen wie dem Streck- bzw. Tiefziehen zukünftig eine stark wachsende Bedeutung zu, da mit diesen Verfahren Leichtbaubauteile herstellbar sind, wie z.B. Sitz-, Fenster- und Türrahmen, Elemente von Fahrzeugzellen und Fahrzeugaußenhäuten, Gehäuse, Bodenelemente, Deckel, Tankelemente, Tankklappen, Halterungen, Stützen, Träger, Winkel, Crashelemente, Pralldämpfer, Prallschilde und Prallträger, Kleinteile bzw. allgemein für Bauteile und Halbzeuge im Automobil und Flugzeug, für die zusehends steigender Bedarf besteht.Because of their very low density, magnesium alloys in the range from 1.2 to 1.9 g / cm 3 are of great interest as metallic construction materials, above all for vehicle and aircraft construction. In the future, they will be used more and more for the lightweight construction of motor vehicles and airplanes, in order to be able to compensate for the weight of additional elements due to increasing comfort and safety standards, especially in new low-emission automobiles. They are also of interest for transportable devices or systems that are particularly light-weight for other reasons. The lightweight construction enables the construction of energy-saving vehicles and planes, such as the 3-liter motor vehicle, to a particular extent. Among the manufacturing processes, die-casting and shaping, extrusion, forging, rolling and possibly subsequent shaping such as stretching or deep-drawing will become increasingly important in the future, since lightweight construction components such as seats and windows can be produced with these processes - and door frames, elements of vehicle cells and vehicle outer skins, housings, floor elements, covers, tank elements, tank flaps, brackets, supports, brackets, angles, crash elements, impact absorbers, impact shields and impact carriers, small parts or generally for components and semi-finished products in automobiles and aircraft, for which is increasingly in need.
Die Kaltverformbarkeit der kommerziell gebräuchlichen Magnesiumlegierungen ist aufgrund der hexagonalen Kristallstruktur und der damit zusammenhängenden geringen Duktilität begrenzt. Polykristallines Magnesium sowie die meisten Magnesiumlegierungen verhalten sich bei Raumtemperatur spröde. Für etliche Anwendungen bzw. für bestimmte Herstellverfahren von Halbzeugen aus Magnesiumlegierungen ist neben guten mechanischen Eigenschaften wie hoher Zugfestigkeit ein duktiles Verhalten notwendig. Ein verbessertes Umform-, Energieaufnahme- und Deformationsverhalten bedingt eine höhere Duktilität und ggf. auch eine höhere Festigkeit und Zähigkeit. Hierfür sind Magnesiumlegierungen mit diesen Eigenschaften zu entwickeln bzw. deren Herstellverfahren weiterzuentwickeln, weil viele Werkstoffvarianten mit dem Herstellzustand stark variierende Werkstoffeigenschaften aufweisen.The cold formability of the commercially available magnesium alloys is due to the hexagonal crystal structure and the associated low ductility limited. Polycrystalline magnesium and most magnesium alloys behave becomes brittle at room temperature. For a number of applications or for certain Manufacturing process of semi-finished products from magnesium alloys is in addition to good ones mechanical properties such as high tensile strength require ductile behavior. On improved forming, energy absorption and deformation behavior requires a higher one Ductility and possibly also higher strength and toughness. For this are To develop magnesium alloys with these properties or their To further develop manufacturing processes because many material variants match the manufacturing condition have widely varying material properties.
Als Duktilität wird das Vermögen eines Werkstoffes zu bleibender Formänderung bezeichnet, das beim einachsigen Zustand nach dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm im Idealfall völlig ohne elastischen Anteil ist. Dieses Vermögen wird durch den Eintritt des Bruches begrenzt. Im allgemeinen gilt die im Zugversuch bis zum Bruch erreichte bleibende Dehnung als Duktilität. Als Maß für die Duktilität können ferner auch die Brucheinschnürung, Schlagarbeit und Kerbschlagarbeit mit jeweils etwas anderer Aussage angesehen werden. Diese Eigenschaften lassen sich gemäß EN 10 002, Teil 1, bzw. gemäß DIN 50115 und 50116 ermitteln. Die Bruchdehnung A = Aplast kennzeichnet die Formänderung mit ihrem plastischen Anteil bei einer weitgehend einachsigen Belastung, zusätzlich kann entsprechend dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm der elastische Anteil der Dehnung Aelast sowie die Summe des elastischen und plastischen Anteils D = ΣA = Aelast + Aplast ermittelt werden. Ein hochplastischer Werkstoff wird als duktil bezeichnet.Ductility is the ability of a material to undergo a permanent change in shape, which, in the uniaxial state according to the stress-strain diagram, is ideally without any elastic component. This property is limited by the occurrence of the break. In general, the permanent elongation achieved in the tensile test up to fracture is considered ductility. The degree of ductility can also be seen as the constriction of fracture, impact work and notched impact work, each with a slightly different statement. These properties can be determined in accordance with EN 10 002, Part 1, or in accordance with DIN 50115 and 50116. The elongation at break A = A plast characterizes the change in shape with its plastic part under a largely uniaxial load; in addition, according to the stress-strain diagram, the elastic part of the strain A elast and the sum of the elastic and plastic part D = ΣA = A elast + A plast can be determined. A highly plastic material is called ductile.
Bei Angaben der Bruchdehnung und der Zugfestigkeit zu verschiedenen Magnesiumlegierungen wird deutlich, daß die Bruchdehnung oft umso höhere Werte einnehmen kann, wenn nur mittelhohe Werte der Zugfestigkeit erreicht werden und daß umgekehrt nur mittelhohe Werte der Bruchdehnung bei hohen Werten der Zugfestigkeit erzielt werden. Sehr hohe Werte der Zugfestigkeit lassen sich nur bei vergleichsweise geringen Werten der Bruchdehnung erreichen.When specifying the elongation at break and the tensile strength to different Magnesium alloys make it clear that the elongation at break is often all the higher can take if only medium high tensile strength values are achieved and that conversely, only medium-high values of elongation at break with high values of tensile strength be achieved. Very high values of tensile strength can only be achieved by comparison reach low elongation at break values.
Die Elastizität bezeichnet den elastischen Anteil des Spannungs-Dehnungs-Diagrammes entsprechend dem Hook'schen Gesetz, wo bei idealen linear-elastischen Verhältnissen noch keine bleibende Formänderung auftritt.The elasticity denotes the elastic part of the stress-strain diagram according to Hook's law, where with ideal linear-elastic relationships no permanent change in shape occurs.
Weiterhin kann das Streckgrenzen-Verhältnis V als Verhältnis der Fließspannung F = RP02 zur Zugspannung Z = Rm angegeben werden. Somit ergeben sich zwei die Elastizität, zwei die Plastizität sowie zwei deren Verhältnis zueinander kennzeichnende Werte für die weitgehend einachsige Belastung. Hierbei ergibt das Verhältnis des elastischen mit dem plastischen Anteil der Dehnung die beste Annäherung an die Realität. Furthermore, the yield point ratio V can be specified as the ratio of the yield stress F = R P02 to the tensile stress Z = R m . This results in two values that characterize the elasticity, two the plasticity and two their relationship to one another for the largely uniaxial load. The ratio of the elastic to the plastic part of the stretch gives the best approximation to reality.
Die Schlagarbeit ist vor allem ein Maß für die Energieaufnahme eines Halbzeuges und für plastisches Verhalten, also für die Verformbarkeit und Verformungsgeschwindigkeit. Eine hohe Schlagarbeit ist daher wesentlich für den Einsatz von Deformationselementen wie z.B. Crashelementen, Pralldämpfern, Prallschilden und Prallträgern. Die Schlagarbeit - gemessen an ungekerbten Proben - ist u.a. aufgrund höherer Absolutwerte für Magnesiumlegierungen aussagekräftiger als die Kerbschlagarbeit und betrifft eine weitgehend einachsige Belastung. Die Kerbschlagarbeit, die immer an gekerbten Proben bestimmt wird, kennzeichnet auch die Fehleranfälligkeit eines Werkstoffes bei dreiachsiger Belastung. Ihre Aussagekraft ist insbesondere dann geringer, wenn die Ausführung der Kerbe die Werte der Kerbschlagarbeit wesentlich beeinflußt. Die Schlagarbeit und die Kerbschlagarbeit werden bei dynamischer Belastung gemessen und können einen Hinweis auf die Energieaufnahme und Verformbarkeit geben. Zug- und Druckversuche erfolgen im Vergleich hierzu unter quasistatischen Belastungen. Ein Schluß von einachsigen auf mehrachsige Eigenschaften bzw. Verhältnisse ist nur teilweise möglich.The impact work is above all a measure of the energy consumption of a semi-finished product and for plastic behavior, i.e. for deformability and rate of deformation. A high impact work is therefore essential for the use of deformation elements such as Crash elements, impact absorbers, impact shields and impact carriers. The impact work - measured on notched samples - is, among other things due to higher absolute values for Magnesium alloys are more meaningful than the impact energy and affects one largely uniaxial load. The impact work, which is always on notched samples is determined also indicates the susceptibility of a material to triaxial failure Burden. Their informative value is particularly low if the execution of the Notch significantly affects the values of the impact energy. The blow job and the Impact energy is measured under dynamic load and can be an indication give up on energy absorption and deformability. Tensile and compression tests are carried out in the Comparison to this under quasi-static loads. A conclusion from uniaxial on Multi-axis properties or relationships are only partially possible.
Die im folgenden aufgeführten Werte gemessen an Proben in einem bestimmten Herstellungszustand geben daher die aktuellen Werkstoffeigenschaften wieder. Sie gewähren einen Hinweis auf das Umformverhalten, das vorher beim Umformen aufgetreten war. Es ist in diesem Zustand ein Schluß auf die Eigenschaften und das Verhalten eines Halbzeuges oder sogar eines Bauteiles mit diesem ggf. weiter veredelten Halbzeug im späteren Einsatz gut möglich. Weiterhin ist ein Schluß von den Werkstoffeigenschaften umgeformter Legierungen möglich, die z.B. durch Biegen, Drücken, Drückwalzen, Streckziehen, Tiefziehen, Innenhochdruckumformen oder Walzprofilieren zu weiterverarbeiteten Halbzeugen geformt werden sollen. Da die Veränderung der Werkstoffeigenschaften vom gegossenen zum stranggepreßten Zustand ähnlich der Veränderung der Werkstoffeigenschaften vom gegossenen zum geschmiedeten, gewalzten oder einem ähnlichen umgeformten Zustand ist, ist daher auch ein Schluß auf einen anderen Umformzustand möglich.The values listed below measured on samples in a particular The state of manufacture therefore reflects the current material properties. she provide an indication of the forming behavior that previously occurred during the forming process was. In this state it is a conclusion about the characteristics and behavior of a person Semi-finished product or even a component with this semi-finished product, which may be further refined later use possible. Furthermore, there is a conclusion about the material properties formed alloys possible, e.g. by bending, pressing, pressure rolling, Stretch drawing, deep drawing, hydroforming or roll forming processed semi-finished products are to be shaped. Because the change in Material properties from cast to extruded condition similar to that Change in material properties from cast to forged, rolled or a similar reshaped state is therefore also an inference to one other forming condition possible.
Für den Einsatz von Leichtbauelementen wird üblicherweise auf die elastischen Eigenschaften (Steifigkeit) abgehoben, soweit es nicht wie z.B. bei einem Unfall auf die Verformungseigenschaften und damit auf die Energieaufnahme des Elementes und auf das plastische Verhalten ankommt. Daher spielen bezüglich der u.U. mehrfachen Umformung insbesondere die plastischen und für den Einsatz die plastischen oder/und elastischen Eigenschaften eine Rolle. Diese Eigenschaften sind für den Einsatz in der Regel auf die jeweilige Umgebungstemperatur, also im Extremfall im Bereich von -40 °C bis +90 °C, an einzelnen Stellen im Fahr- oder Flugzeug jedoch auf die örtlich noch tieferen oder höheren Temperaturen abzustellen. Der Belastungszustand ist jedoch meistens mehrachsig. Der Schluß von einachsigen auf mehrachsige Belastungszustände ist umso eher möglich, je mehr ein eher isotropes Gefüge vorliegt.For the use of lightweight components, the elastic is usually used Properties (rigidity) lifted, unless it is e.g. in the event of an accident Deformation properties and thus on the energy absorption of the element and on the plastic behavior arrives. Therefore, regarding the multiple forming especially the plastic ones and for the use the plastic ones and / or elastic ones Properties matter. These properties are typically for use on the respective ambient temperature, in extreme cases in the range from -40 ° C to +90 ° C individual points in the vehicle or plane, however, to the locally lower or higher Turn off temperatures. However, the load state is usually multi-axis. The Conclusion from uniaxial to multiaxial load conditions is all the more possible, ever more of an isotropic structure.
Für die Herstellung derartiger Automobilelemente bietet sich insbesondere die Herstellung durch Druckgießen bzw. Strangpressen, Schmieden oder/und Walzen an. Voraussetzung für den Einsatz von Halbzeugen aus Magnesiumlegierungen bzw. von daraus oder damit hergestellten Bauteilen im Automobil kann die Erfüllung bestimmter Eigenschaftsprofile je nach Anwendung sein wie z.B. bei Deformationselementen, Sitz- und Türrahmen eine Zugfestigkeit des Leichtwerkstoffs von mindestens 100 MPa, vorzugsweise von mindestens 130 MPa, zusammen mit einer Bruchdehnung gemessen bei Raumtemperatur von mindestens 10 %, vorzugsweise von mindestens 15 %. Je höher die Zugfestigkeit, Bruchdehnung und weitere Eigenschaften, die auf hohe Duktilität und Energieaufnahme hinweisen, sind, umso geeigneter sind diese Halbzeuge bzw. Bauteile in der Regel für den Einsatz. Ferner sind höhere Festigkeitswerte und eine höhere Duktilität auch eine Erleichterung und teilweise auch Voraussetzung für die Umformung gegossener Rohlinge bzw. für die weitere Umformung bereits umgeformter Rohlinge oder Halbzeuge. Je höher diese Eigenschaften im gegossenen bzw. pulverkompaktierten Zustand sind, desto höher sind diese üblicherweise auch im umgeformten Zustand. Eine höhere Duktilität kann das Umformen bzw. das erneute Umformen, insbesondere das Strangpressen, erleichtern. Daher ist eine Bruchdehnung von mindestens 10 % auch für die nachfolgenden Herstellungsschritte zu Elementen aus Magnesiumlegierungen hilfreich. Daher wird aus mehreren Gründen eine Zugfestigkeit von mindestens 150 MPa gemessen bei Raumtemperatur, vorzugsweise von mindestens 180 MPa, bzw. eine Bruchdehnung von mindestens 18 %, vorzugsweise von mindestens 20 %, besonders bevorzugt von mindestens 25 %, empfohlen. Üblicherweise beträgt die Bruchdehnung bei den kommerziell gebräuchlichen Magnesiumlegierungen gemessen bei Raumtemperatur weniger als 12 %.For the manufacture of such automotive elements, the manufacture is particularly suitable by die casting or extrusion, forging and / or rolling. requirement for the use of semi-finished products made of magnesium alloys or from them or with them Components manufactured in automobiles can meet certain property profiles depending after application such as for deformation elements, seat and door frames one Tensile strength of the light material of at least 100 MPa, preferably at least 130 MPa, together with an elongation at break measured at room temperature of at least 10%, preferably at least 15%. The higher the tensile strength, Elongation at break and other properties due to high ductility and energy absorption point out, the more suitable these semi-finished products or components are generally for the Commitment. Furthermore, higher strength values and higher ductility are also one Relief and partly also a prerequisite for the forming of cast blanks or for the further forming of already formed blanks or semi-finished products. The higher the higher these properties are in the cast or powder-compacted state are usually also in the deformed state. A higher ductility can do that Forming or reshaping, especially extrusion, easier. Therefore an elongation at break of at least 10% is also for the following ones Manufacturing steps for elements made of magnesium alloys helpful. Therefore, from tensile strength of at least 150 MPa measured for several reasons Room temperature, preferably at least 180 MPa, or an elongation at break of at least 18%, preferably at least 20%, particularly preferably of at least 25%, recommended. The elongation at break is usually commercial Common magnesium alloys measured at room temperature less than 12%.
Bei stärkerer Substitution von anderen Legierungen durch Magnesiumlegierungen, um durch Gewichtserspamis Treibstoff einzusparen bzw. den Einbau zusätzlicher Elemente ohne Gewichtszunahme zu ermöglichen, ist die Weiterentwicklung der Technologie der bekannten Magnesiumlegierungen und die Erforschung weiterer Magnesiumlegierungen notwendig, insbesondere bezüglich der Eigenschaftskombination Duktilität - Festigkeit. With stronger substitution of other alloys by magnesium alloys to by Weight savings to save fuel or the installation of additional elements without Allowing weight gain is the advancement of the technology of the well-known Magnesium alloys and research into other magnesium alloys necessary especially regarding the combination of properties ductility - strength.
Es ergeben sich grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten zur Steigerung der Duktilität und
somit der Bruchdehnung bei Magnesiumlegierungen und verwandten Leichtwerkstoffen:
Selbst die handelsüblichen Mg-Gußlegierungen bzw. Mg-Knetlegierungen sind im gegossenen und ggf. danach umgeformten, insbesondere stranggepreßten, gepreßten, gewalzten oder/und geschmiedeten und ggf. danach wärmebehandelten Zustand üblicherweise bisher von relativ geringer Duktilität und geringem Energieaufnahmevermögen. Für die preiswerte Herstellung von Halbzeugen, insbesondere für Fahrzeuge und Flugzeuge, besteht Bedarf an geeigneten Legierungen und einfachen Verfahren zur Herstellung von Magnesiumlegierungen mit etwas erhöhter Festigkeit und stark erhöhter Duktilität.Even the commercially available Mg casting alloys or wrought Mg alloys are in the cast and, if necessary, subsequently formed, in particular extruded, pressed, rolled or / and forged and possibly thereafter heat-treated condition Usually previously relatively low ductility and low Energy absorption. For the inexpensive manufacture of semi-finished products, in particular for vehicles and airplanes, there is a need for suitable alloys and simple ones Process for the production of magnesium alloys with somewhat increased strength and greatly increased ductility.
Da das Interesse an Mg-Knetlegierungen erst in den letzten Jahren etwas größer geworden ist, steht bisher nur eine begrenzte Anzahl an Legierungen für den großtechnischen Einsatz zur Verfügung. Das sind Legierungen auf Basis Mg-Al-Zn wie z.B. AZ31, AZ61 und AZ80, auf Basis Mg-Zn-Zr wie z.B. ZK40 und ZK60 oder auf Basis Mg-Mn wie z.B. M1.Since the interest in wrought magnesium alloys has only increased somewhat in recent years So far, only a limited number of alloys are available for large-scale use to disposal. These are alloys based on Mg-Al-Zn such as AZ31, AZ61 and AZ80, based on Mg-Zn-Zr such as ZK40 and ZK60 or based on Mg-Mn such as M1.
Neite beschreibt in Materials Science and Technology, Vol. 8, ED.: K. H. Matucha, 199?, in Kapitel 4.3.2 Herstellverfahren und mechanische Eigenschaften von typischen Magnesiumlegierungen. Für stranggepreßte Magnesiumlegierungen auf Basis AZ in Form von Stäben werden - vor allem mit dem Aluminiumgehalt steigend - Zugfestigkeiten von 204 bis 340 MPa und Bruchdehnungen von 9 bis 17 % angegeben, die durch eine künstliche Alterung bis zu einer Zugfestigkeit von 380 MPa gesteigert werden konnten, wobei aber die Bruchdehnung auf 6 bis 8 % sank. Für AZ31 werden 250 MPa und 14 bis 15 % angeführt. Die Legierung M1 wies im stranggepreßten Zustand typischerweise eine Zugfestigkeit von 225 MPa und eine Bruchdehnung von 12 % auf. Für die Legierung ZE10 im gewalzten und geglühten dynamisch rekristallisienten Zustand werden 215 bis 230 MPa Zugfestigkeit und 18 bis 23 % Bruchdehnung angegeben.Neite describes in Materials Science and Technology, Vol. 8, ED .: K. H. Matucha, 199 ?, in Chapter 4.3.2 Manufacturing processes and mechanical properties of typical Magnesium alloys. For extruded magnesium alloys based on AZ in shape of bars - especially increasing with the aluminum content - tensile strengths of 204 up to 340 MPa and elongations at break of 9 to 17% indicated by an artificial Aging could be increased up to a tensile strength of 380 MPa, but the Elongation at break decreased to 6 to 8%. For AZ31 250 MPa and 14 to 15% are given. Alloy M1 typically had a tensile strength in the extruded state 225 MPa and an elongation at break of 12%. For the ZE10 alloy in rolled and annealed dynamically recrystallized state will be 215 to 230 MPa tensile strength and 18 to 23% elongation at break specified.
GB 2,296,256 A führt Werte der Bruchdehnung von 17,2 und 18 % für Legierungen MgAl0.5-1.1Mn0.10-0.12 an, die jedoch eine recht geringe Biegefestigkeit aufwiesen.GB 2,296,256 A gives values of elongation at break of 17.2 and 18% for alloys MgAl0.5-1.1Mn0.10-0.12, which, however, had a rather low flexural strength.
Kamado et al. beschreiben in Proc. 3rd Int. Magnesium Conference April 10-12 1996, Manchester/UK, Ed.: G.W. Lorimer, für die Legierung AI10Si1Ca0.5 Werte von etwa 170 MPa Zugfestigkeit und 2 % Bruchdehnung für den preßgeformten Zustand.Kamado et al. describe in Proc. 3 rd Int. Magnesium Conference April 10-12 1996, Manchester / UK, Ed .: GW Lorimer, for the alloy AI10Si1Ca0.5 values of about 170 MPa tensile strength and 2% elongation at break for the press-formed state.
Von J. Becker, G. Fischer und K. Schemme, Light weight construction using extruded and forged semi-finished products made of magnesium alloys, Vortrag Wolfsburg 1998, wurden für die Magnesiumlegierung AZ31 im stranggepreßten Zustand Werte von 250 MPa Zugfestigkeit und 14 % Bruchdehnung mitgeteilt, für die Legierung M2 von 250 MPa für die Zugfestigkeit, aber nur von 4 % für die Bruchdehnung. Die Proben waren daher nicht auf duktile Werkstoffeigenschaften optimiert.By J. Becker, G. Fischer and K. Schemme, Light weight construction using extruded and forged semi-finished products made of magnesium alloys, lecture Wolfsburg 1998 for the magnesium alloy AZ31 in the extruded state values of 250 MPa Tensile strength and 14% elongation at break are communicated for the alloy M2 of 250 MPa for the Tensile strength, but only 4% for the elongation at break. The samples were therefore not up ductile material properties optimized.
In US 3,419,385 wird die Zugfestigkeit für einzelne stranggepreßte Magnesiumlegierungen mit Gehalten an Y, Zn und Zr mit 248 bis 352 MPa und die Bruchdehnung mit 14 bis 26 % je nach Zusammensetzung angegeben. Die chemisch der Legierung ZE10Zr0.7 am nächsten kommende Legierung Zn2.1Y1.9Zr0.9 wies im gegossenen Zustand nur eine Bruchdehnung von 8 % auf. Es ist davon auszugehen, daß bei den damals üblichen Herstellverfahren und zur Verfügung stehenden Ausgangsmaterialien hohe Verunreinigungen auftraten, die das Ergebnis diesbezüglich stark beeinflußten und die Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu den heute herstellbaren hochreinen Legierungen wesentlich beeinträchtigten.In US 3,419,385 the tensile strength for individual extruded magnesium alloys with contents of Y, Zn and Zr with 248 to 352 MPa and the elongation at break with 14 to 26% each specified by composition. The chemically closest to the alloy ZE10Zr0.7 Coming alloy Zn2.1Y1.9Zr0.9 only showed an elongation at break when cast from 8% to. It can be assumed that with the then usual manufacturing processes and available raw materials, high levels of contamination occurred Result strongly influenced in this regard and the corrosion resistance compared to significantly impaired the high-purity alloys that can be produced today.
In den folgenden Publikationen wird die Duktilität der in den Beispielen aufgeführten Proben, wenn überhaupt, nur durch die Werte der Bruchdehnung quantitativ belegt:The ductility of the samples listed in the examples, if at all, only quantified by the values of the elongation at break:
WO 89/11552 beschreibt sogenannte superpfastische Formkörper aus Magnesiumlegierungen auf Basis ZnALSE bzw. AlMn. Die Legierungen wurden über spontanes Abschrecken von Schmelztröpfchen gewonnen. Die in Tabelle 1 als Probe 5 genannte Zusammensetzung auf Basis weist Gehalte an Al von 11 Gew.-% und an Mn von 1 Gew.-% auf. Sie zeigt auch nur eine Bruchdehnung von 3,5 %, was auf vergleichsweise geringe Duktilität, also hohe Sprödigkeit, schließen läßt. Die höchste Raumtemperaturbruchdehnung bei allen anderen Beispielen liegt bei 18 % und wurde für eine Magnesiumlegierung der Zusammensetzung MgZn2Al15Nd1 ermittelt.WO 89/11552 describes so-called super-plastic moldings Magnesium alloys based on ZnALSE or AlMn. The alloys were over spontaneous quenching of melt droplets obtained. The sample 5 in Table 1 said composition based on has contents of Al of 11% by weight and of Mn of 1 % By weight. It also only shows an elongation at break of 3.5%, which is comparatively low ductility, i.e. high brittleness, suggests. The highest Elongation at room temperature in all other examples is 18% and was for a magnesium alloy with the composition MgZn2Al15Nd1 was determined.
US 5,078,962 schützt Magnesiumlegierungen, die Al, Zn, Mn, Ca oder/und SE enthalten. Probe 11 der Tabelle auf Basis Al5Mn0,5Ca3,5 weist eine Bruchdehnung von nur 8 % auf.No. 5,078,962 protects magnesium alloys which contain Al, Zn, Mn, Ca or / and SE. Sample 11 of the table based on Al5Mn0.5Ca3.5 has an elongation at break of only 8%.
EP-A-0 414 620 lehrt ebenfalls Magnesiumlegierungen, die Al, Zn, Mn, Ca oder/und SE enthalten. Die Legierungen auf Basis AlZn haben deutlich andere Zusammensetzungen als AZ 31.EP-A-0 414 620 also teaches magnesium alloys, the Al, Zn, Mn, Ca or / and SE contain. The alloys based on AlZn have significantly different compositions than AZ 31.
EP-A-0 791 662 informiert über Magnesiumlegierungen, die Al, Mn, Ca, SE und ggf. Zn enthalten. Die Legierungen der Beispiele und Vergleichsbeispiele weisen eine Bruchdehnung im Bereich von 0,3 bis 6,9 % auf. EP-A-0 791 662 provides information on magnesium alloys which contain Al, Mn, Ca, SE and possibly Zn contain. The alloys of the examples and comparative examples have one Elongation at break in the range from 0.3 to 6.9%.
US 5,681,403 lehrt Magnesiumlegierungen auf Basis AlMn, die ggf. SE, Ca, Cu oder/und Zn enthalten. Die Diagramme weisen für die Legierungen eine Bruchdehnung von weniger als 12 % aus.No. 5,681,403 teaches magnesium alloys based on AlMn, which may contain SE, Ca, Cu or / and Zn contain. The diagrams show an elongation at break of less than for the alloys 12% off.
T. Ebert et al. berichten in Magnesium Alloys and their Applications, Eds.: B. L. Mordike und K. U. Kainer, 563ff, Vorträge einer gleichnamigen Konferenz April 28-30, 1998, in Wolfsburg, über Magnesiumlegierungen hergestellt durch "Spray Forming". Die in Figur 4 dargestellten mechanischen Raumtemperatureigenschaften auf Basis AE, AS und AlCa verdeutlichen die Entwicklungsrichtung zu hohen Zugfestigkeiten und geringen Bruchdehnungen. Die Bruchdehnung beträgt bis zu 11 %, bei der Legierung AE42 jedoch 20 %.T. Ebert et al. report in Magnesium Alloys and their Applications, Eds .: B. L. Mordike and K. U. Kainer, 563ff, lectures of a conference of the same name April 28-30, 1998, in Wolfsburg, About Magnesium Alloys Made By "Spray Forming". The shown in Figure 4 mechanical room temperature properties based on AE, AS and AlCa illustrate the Direction of development towards high tensile strengths and low elongation at break. The Elongation at break is up to 11%, but 20% for the AE42 alloy.
Koushirou Hirata et al. beschreiben in Keikinzoku 47, 1997, 12, 672-678 die Auswirkungen des Aluminiumgehalts und der Wärmebehandlung auf die Zugfestigkeit semi-solid geformter Magnesiumlegierungen mit 4 - 8 % Al und ggf. 2 % Ca sowie mit 4 - 8 % Al, 1 % Si und 0,5 % Ca.Koushirou Hirata et al. describe the effects in Keikinzoku 47, 1997, 12, 672-678 of aluminum content and heat treatment on the tensile strength semi-solid shaped Magnesium alloys with 4 - 8% Al and possibly 2% Ca as well as with 4 - 8% Al, 1% Si and 0.5 % Approx.
US 4,675,157 schützt Magnesiumlegierungen mit bis zu 11 % Al, bis zu 4 % Zn, von 0,5 bis 4 % von Elementen ausgewählt aus Si, Ge, Co, Ti und Sb, wobei die Summe aus Al und Zn 2 bis 13 % beträgt und eine Mischkristallphase in bestimmter Weise auftritt. Diese Magnesiumlegierungen wurden durch Abschrecken von Schmelztröpfchen hergestellt. Die Bruchdehnung der verschiedensten Beispiele und Vergleichsbeispiele variiert zwischen 0,8 und 11 %.US 4,675,157 protects magnesium alloys with up to 11% Al, up to 4% Zn, from 0.5 to 4% of elements selected from Si, Ge, Co, Ti and Sb, the sum of Al and Zn Is 2 to 13% and a mixed crystal phase occurs in a certain way. This Magnesium alloys were made by quenching melt droplets. The Elongation at break of various examples and comparative examples varies between 0.8 and 11%.
JP-A-09/316586 publiziert am 09.12.1997 lehrt verschleiß- und wärmebeständige Magnesiumlegierungen mit bis zu 4 % SE, bis zu 5 % Si und ggf. ≤ 1 % Mn, ≤ 1 % Zr, ≤ 4 % Ca, ≤ 10 % Al, ≤ 5 % Zn und ≤ 5 % Ag. Diese Legierungen sind auf hohe Zugfestigkeit bei Raumtemperatur und bei 200 °C, aber nicht auf hohe Duktilität optimiert.JP-A-09/316586 published on December 9, 1997 teaches wear and heat resistant Magnesium alloys with up to 4% SE, up to 5% Si and possibly ≤ 1% Mn, ≤ 1% Zr, ≤ 4% Ca, ≤ 10% Al, ≤ 5% Zn and ≤ 5% Ag. These alloys are characterized by high tensile strength Room temperature and at 200 ° C, but not optimized for high ductility.
EP-A-0 799 901 offenbart wärmebeständige Magnesiumlegierungen mit guten Kriecheigenschaften auf Basis von 2 bis 6 % Al und 0,5 bis 4 % Ca bei einem Ca:Al-Verhältnis von ≤ 0,8. Die Bruchdehnung dieser Proben soll jedoch nur 0,8 bis 7 % betragen.EP-A-0 799 901 discloses heat-resistant magnesium alloys with good creep properties based on 2 to 6% Al and 0.5 to 4% Ca with a Ca: Al ratio of ≤ 0.8. However, the elongation at break of these samples should only be 0.8 to 7%.
US 5,071,474 führt ein Verfahren zum Schmieden von Magnesiumlegierungen auf der Grundlage von abgeschreckten Schmelztröpfchen an, wobei die Legierungen neben Al und Zn Mn, Ce, Nd, Pr und Y enthalten können. Die Bruchdehnung der Beispiele und Vergleichsbeispiele schwankt zwischen 0 und 11 %.US 5,071,474 carries out a process for forging magnesium alloys on the Basis of quenched melt droplets, the alloys in addition to Al and Zn Mn, Ce, Nd, Pr and Y can contain. The elongation at break of the examples and Comparative examples fluctuate between 0 and 11%.
In US 5,147,603 werden die mechanischen Kenndaten von Magnesiumlegierungen auf Basis von AlCa/Sr, Al9Zn1 bzw. Al9Zn1Ca/Sr veröffentlicht. Die Bruchdehnung der Beispiele und Vergleichsbeispiele schwankt zwischen 0,4 und 20 %, wobei nur die Legierungen auf Basis von AlSr, AZ91 bzw. AZ91Ca/Sr Werte zwischen 13 und 20 % zeigen.The mechanical characteristics of magnesium alloys are disclosed in US Pat. No. 5,147,603 Basis of AlCa / Sr, Al9Zn1 and Al9Zn1Ca / Sr published. The elongation at break of the examples and comparative examples vary between 0.4 and 20%, with only the alloys Based on AlSr, AZ91 or AZ91Ca / Sr show values between 13 and 20%.
In GB 831,638 werden die mechanischen Eigenschaften von Magnesiumlegierungen auf Basis von Th und Mn sowie ggf. von Zn oder/und SE offengelegt. Die Bruchdehnung der Beispiele liegt nur bei 3,5 und 4 %.GB 831,638 describes the mechanical properties of magnesium alloys Basis of Th and Mn and, if applicable, of Zn and / or SE disclosed. The elongation at break of the Examples are only 3.5 and 4%.
JP-A-62/00348 publiziert am 19.07.1994 lehrt hochfeste wärmebeständige Magnesiumlegierungen mit bis zu 5 % Lanthaniden sowie ggf. ≤ 5 % Ca, ≤ 1,5 % Mn, ≤ 1,5 % Zr oder/und Gehalten an Ag, Al, Sc, Sr, Y bzw. Zn. Die Legierungen sind offenbar nur auf Zugfestigkeit bei Raumtemperatur und bei erhöhter Temperatur optimiert.JP-A-62/00348 published on July 19, 1994 teaches high-strength heat-resistant Magnesium alloys with up to 5% lanthanides and possibly ≤ 5% Ca, ≤ 1.5% Mn, ≤ 1.5 % Zr or / and contents of Ag, Al, Sc, Sr, Y or Zn. The alloys are apparently only on Tensile strength optimized at room temperature and at elevated temperature.
DE-A-42 08 504 schützt Maschinenbauteile aus einer 2 bis 8 % SE enthaltenden Magnesiumlegierung, die einen hohen Anteil an Samarium und eine gute Kriech- und Ermüdungsfestigkeit sowie eine gute Zugfestigkeit bei erhöhter Temperatur aufweisen sollen. Die genannten Probekörper wurden weder umgeformt, noch verformt.DE-A-42 08 504 protects machine components from a containing 2 to 8% SE Magnesium alloy, which has a high proportion of samarium and a good creep and Fatigue strength and good tensile strength at elevated temperature should. The specimens mentioned were neither reshaped nor deformed.
US 3,024,108 offenbart Magnesiumlegierungen auf Basis von ZnMn, die SE oder/und Th enthalten. Die mechanischen Eigenschaften der gewalzten Proben werden jeweils für die Walzrichtung und quer hierzu angegeben, wobei sich gemittelt über alle Richtungen Bruchdehnungen von ca. 9 bis 13 % ergeben.US 3,024,108 discloses magnesium alloys based on ZnMn, the SE and / or Th contain. The mechanical properties of the rolled samples are each for the Direction of rolling and specified transversely thereto, with averaging over all directions Elongation at break of approx. 9 to 13%.
A. Raman beschreibt in Uses of Rare Earth Metals and Alloys in Metallurgy, Z. Metallkunde 68, 1977, 3, 163 - 172, SE-haltige Magnesiumlegierungen. Auch wenn vereinzelt von einem Anstieg der Duktilität infolge Zugabe mindestens eines Seltenerdelementes gesprochen wird, sind die einzigen explizit genannten Werte der Bruchdehnung bei 2 bis 8 % bzw. unter Bezug auf JP-A-72/07973 (März 1972) für La-haltige Magnesiumlegierungen bei etwa 25 %.A. Raman describes in Uses of Rare Earth Metals and Alloys in Metallurgy, Z. Metallkunde 68, 1977, 3, 163 - 172, SE-containing magnesium alloys. Even if occasionally by one Increase in ductility due to the addition of at least one rare earth element the only explicitly stated values of the elongation at break are between 2 and 8% or below Reference to JP-A-72/07973 (March 1972) for La-containing magnesium alloys at about 25%.
S. Kamado et al. berichten in Magnesium Alloys and their Applications, Eds.: B. L. Mordike und K. U. Kainer, 169ff, Vorträge einer gleichnamigen Konferenz April 28-30, 1998, in Wolfsburg, über Magnesiumlegierungen auf Basis SE, Y oder/und Zr hergestellt u.a. durch Gießen und Walzen. Die Bruchdehnung betrug etwa 6 bis 17 % bei Raumtemperatur, wobei nur die Legierungen mit 9,6 % Y und 0,84 % Zr sowie mit 9,3 % Gd, 4,1 % Y und 0,7 % Zr Werte über 10 % erreichten.S. Kamado et al. report in Magnesium Alloys and their Applications, Eds .: B. L. Mordike and K. U. Kainer, 169ff, lectures of a conference of the same name April 28-30, 1998, in Wolfsburg, manufactured using magnesium alloys based on SE, Y or / and Zr, etc. by Pouring and rolling. The elongation at break was about 6 to 17% at room temperature, whereby only the alloys with 9.6% Y and 0.84% Zr and with 9.3% Gd, 4.1% Y and 0.7% Zr Values over 10% were reached.
T. Mohri et al. beschreiben in Microstructure and mechanical properties of a Mg-4Y-3RE alloy processed by thermo-mechanical treatment in Materials Science and Engineering A257, 1998, 287 - 294, Magnesiumlegierungen mit 4 % Y, 0,41 % Zr, 0,15 % Li und 3,2 % SE, von denen 2,2 % Nd sind. Die extrudierten Proben zeigten eine Raumtemperaturbruchdehnung von etwa 13 % bzw. von etwa 20 %.T. Mohri et al. describe in Microstructure and mechanical properties of a Mg-4Y-3RE alloy processed by thermo-mechanical treatment in Materials Science and Engineering A257, 1998, 287-294, magnesium alloys with 4% Y, 0.41% Zr, 0.15% Li and 3.2% SE, of which 2.2% are Nd. The extruded samples showed one Elongation at room temperature of about 13% or about 20%.
Die WO-A-96/25529 beschreibt Magnesiumlegierungen mit einem Gehalt von 2 bis 6 Gew.-% Aluminium und mit 0,1 bis 0,8 Gew.-% Calcium. Die Legierungen können neben weiteren Bestandteilen auch bis zu etwa 0,5 Gew.-% Mangan enthalten. Es handelt sich um Gusslegierungen, die hergestellt werden aus einer Magnesium-Aluminium-Legierung und einer Calcium-Magnesium-Legierung. Die Legierungen enthalten die intermetallische Verbindung Al2Ca und weisen eine erhöhte Kriechbeständigkeit auf. Eine Umformung nach dem Guss ist nicht vorgesehen.WO-A-96/25529 describes magnesium alloys with a content of 2 to 6% by weight aluminum and with 0.1 to 0.8% by weight calcium. In addition to other components, the alloys can also contain up to about 0.5% by weight of manganese. These are cast alloys that are made from a magnesium-aluminum alloy and a calcium-magnesium alloy. The alloys contain the intermetallic compound Al 2 Ca and have an increased creep resistance. Forming after casting is not intended.
Das japanische Patent Abstract JP-A-9271919 beschreibt wärmebeständige Magnesiumlegierungen mit einem Anteil von 2 bis 10 Gew.-% Aluminium sowie 1 bis 10 Gew.-% Calcium, die neben weiteren Elementen auch einen Anteil von weniger als 2 % Mangan enthalten können. Die Legierungen werden geformt aus Metallkörnern oder Pellets durch Spritzgießen bei der Liquidustemperatur oder durch Formen im halbgeschmolzenen Zustand aus einem Gemisch zwischen fester Phase und Flüssigphase. Es wird eine Bruchdehnung von 14 % und eine Zugfestigkeit von 200 MPa für die Produkte angegeben.Japanese patent abstract JP-A-9271919 describes heat-resistant Magnesium alloys with a content of 2 to 10 wt .-% aluminum and 1 to 10 % By weight calcium, which in addition to other elements also contains less than 2% May contain manganese. The alloys are formed from metal grains or pellets by injection molding at the liquidus temperature or by molding in the semi-melted State from a mixture between solid phase and liquid phase. It will be one Elongation at break of 14% and a tensile strength of 200 MPa are given for the products.
Es bestand daher die Aufgabe, Magnesiumlegierungen erhöhter Duktilität und möglichst auch erhöhter Energieaufnahme, Druckfestigkeit und Zähigkeit unter Auswahl der für diese Einsatzzwecke am ehesten wirkenden Parameter vorzuschlagen, die eine möglichst geringe Dichte aufweisen und darüber hinaus auch möglichst einfach und kostengünstig hergestellt werden können.It was therefore the task of magnesium alloys with increased ductility and, if possible also increased energy consumption, compressive strength and toughness by choosing the one for this Propose the most likely to be effective parameters that are as low as possible Have density and also made as simple and inexpensive as possible can be.
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Magnesiumlegierung, die Zusätze oder Spuren an Cd kleiner als 1,8 Gew.-% und die Spuren von bis zu 0,1 Gew.-% Cu, bis zu 0,05 Gew.-% Fe und bis zu 0,005 Gew.-% Ni enthalten kann und die 0,2 bis 4 Gew.-% Mn sowie 0,2 bis 6 Gew.-% Ca oder/und 0,1 bis 6 Gew.-% Sr enthält, wobei die restlichen Gehalte der Magnesiumlegierung aus Magnesium und unvermeidbaren Verunreinigungen bestehen, wobei ihre Druckfestigkeit mindestens 300 MPa, ihre Schlagarbeit gemessen an ungekerbten Proben mindestens 20 J und ihre Bruchdehnung gemessen an Zugproben mindestens 15 % beträgt und sie hergestellt ist aus hochreinen Legierungen durch Strangpressen oder Schmieden mit einem Umformgrad von mindestens 1,5 unter dynamischer Rekristallisation und unter Ausbildung eines feinkörnigen Gefüges mit einer mittleren Korngröße von höchstens 25 µm.The problem is solved with a magnesium alloy, the additives or traces of Cd less than 1.8% by weight and the traces of up to 0.1% by weight of Cu, up to 0.05% by weight of Fe and can contain up to 0.005% by weight of Ni and 0.2 to 4% by weight of Mn and 0.2 to 6 Wt .-% Ca or / and 0.1 to 6 wt .-% Sr, the remaining contents of Magnesium alloy consist of magnesium and unavoidable impurities, their compressive strength is at least 300 MPa, their impact energy measured notched specimens at least 20 J and their elongation at break measured on tensile specimens is at least 15% and it is made from high purity alloys Extrusion or forging with a degree of deformation of at least 1.5 under dynamic recrystallization and with the formation of a fine-grained structure with a average grain size of at most 25 µm.
Die Aufgabe wird auch gelöst mit einer entsprechenden Magnesiumlegierung, die eine Legierung auf Basis AM (Aluminium/Mangan) oder MA (Mangan/Aluminium) ist, die 0,5 bis 10 Gew.-% Al und 0,1 bis 4 Gew.-% Mn sowie jeweils 0,1 bis 6 Gew.-% Ca oder/und Sr enthält, wobei die restlichen Gehalte der Magnesiumlegierung aus Magnesium und unvermeidbaren Verunreinigungen bestehen, wobei ihre Druckfestigkeit mindestens 320 MPa, ihre Schlagarbeit gemessen an ungekerbten Proben mindestens 40 J und ihre Bruchdehnung gemessen an Zugproben mindestens 16 % beträgt und wobei sie hergestellt ist aus hochreinen Legierungen durch Strangpressen oder Schmieden mit einem Umformgrad von mindestens 1,5 unter dynamischer Rekristallisation und unter Ausbildung eines feinkörnigen Gefüges mit einer mittleren Korngröße von höchstens 25 µm.The task is also solved with a corresponding magnesium alloy, the one Alloy based on AM (aluminum / manganese) or MA (manganese / aluminum) which is 0.5 to 10 wt .-% Al and 0.1 to 4 wt .-% Mn and 0.1 to 6 wt .-% Ca or / and Sr contains, with the remaining contents of the magnesium alloy of magnesium and unavoidable impurities, with a compressive strength of at least 320 MPa, their impact energy measured on unslotted specimens at least 40 J and their Elongation at break measured on tensile specimens is at least 16% and where it is produced is made of high purity alloys by extrusion or forging with one Degree of deformation of at least 1.5 with dynamic recrystallization and with training a fine-grained structure with an average grain size of at most 25 µm.
Vorzugsweise weisen diese Magnesiumlegierungen einen plastischen Anteil der Spannung bestimmt im Zugversuch nach dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm aus der Differenz von Zugspannung und Fließspannung von mindestens 40 MPa auf, besonders bevorzugt von mindestens 60 MPa, ganz besonders bevorzugt von 80 bis 120 MPa.These magnesium alloys preferably have a plastic portion of the stress determined in the tensile test according to the stress-strain diagram from the difference of Tensile stress and yield stress of at least 40 MPa, particularly preferably of at least 60 MPa, very particularly preferably from 80 to 120 MPa.
Alle diese Magnesiumlegierungen können u.a. durch Strangpressen hergestellt worden sein. Es sind jedoch auch andere Umformverfahren anstelle oder zusammen mit dem Strangpressen von Vorteil, insbesondere das Schmieden. Vorzugsweise sind sie umgeformt, insbesondere stranggepreßt oder/und geschmiedet, und weisen ein feinkörniges, dynamisch rekristallisiertes Gefüge, insbesondere mit einer mittleren Korngröße von nicht mehr als 20 µm, und einen Gehalt an Ausscheidungsphasen von nicht mehr als 5 Vol.-% auf, bevorzugt von nicht mehr als 2 Vol.-%. Sie können ein Gefüge mit einer mittleren Korngröße von höchstens 25 µm aufweisen, besonders bevorzugt von höchstens 15 µm, ganz besonders bevorzugt von höchstens 8 µm. Die mittlere Korngröße wird dabei an Anschliffen mit üblichen stereometrischen Verfahren bestimmt. All of these magnesium alloys can include be made by extrusion. However, there are other forming processes instead of or together with the Extrusion is an advantage, especially forging. They are preferably formed, in particular extruded and / or forged, and have a fine-grained, dynamic recrystallized structure, in particular with an average grain size of not more than 20 µm, and a precipitation phase content of not more than 5% by volume is preferred of not more than 2% by volume. You can use a structure with a medium Grain size of at most 25 microns, especially preferably of at most 15 µm, very particularly preferably of at most 8 µm. The average grain size is obtained on bevels with conventional stereometric methods certainly.
Die restlichen Gehalte der angeführten chemischen Zusammensetzung bestehen aus Magnesium und unvermeidbaren Verunreinigungen. Gehalte an Cadmium stören bei der Verarbeitung nur wegen ihrer Giftigkeit, sind sonst aber insbesondere bezüglich der Umformbarkeit eher von Vorteil. Spurengehalte an Kupfer, Eisen und Nickel sollen möglichst gering sein, da sie sich auf die Verarbeitung oder/und die Werkstoffeigenschaften negativ auswirken.The remaining contents of the chemical composition listed consist of Magnesium and unavoidable impurities. Levels of cadmium interfere with the Processing only because of their toxicity, but are otherwise particularly with regard to Formability is an advantage. Traces of copper, iron and nickel should be as possible be low since they affect the processing and / or the material properties impact.
Die chemische Zusammensetzung der Magnesiumlegierungen variierte nur geringfügig oder fast gar nicht von der Zusammensetzung der Schmelze zur Zusammensetzung vor bzw. nach dem Strangpressen bis zur Zusammensetzung des daraus hergestellten Halbzeugs.The chemical composition of the magnesium alloys varied only slightly or almost not at all from the composition of the melt to the composition before or after extrusion to the composition of the semi-finished product made from it.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Magnesiumlegierung, bei dem ein urgeformter oder kompaktierter Formkörper hergestellt und durch Umformen oder/und Verformen dynamisch rekristallisiert wird. Der Formkörper kann daher über die Schmelze oder/und über Pulver hergestellt worden sein. Beim Umformen, insbesondere beim Strangpressen, wird ein Umformgrad von mindestens 1,5 gewählt, vorzugsweise von mindestens 2 oder sogar von mindestens 3, um eine dynamische Rekristallisation und ein feinkörniges Gefüge zu erwirken. Der Umformgrad kennzeichnet den Grad der Querschnittsverringerung beim Umformen und wird als natürlicher Logarythmus des Verhältnisses von Ausgangsquerschnitt zu Querschnitt nach dem Umformen angegeben. Er ist daher auch oft mit dem Grad der dynamischen Rekristallisation korreliert, wobei möglichst noch kein stärkeres Wachstum einzelner Körner auftreten sollte, sondern ein möglichst feinkörniges Gefüge angestrebt wird, das bei manchen Magnesiumlegierungen eine hohe Duktilität bedingt. Je stabiler das Gefüge einer Magnesiumlegierung ist, desto feinkörniger wird bzw. bleibt das Gefüge beim Umformen. Der umgeformte oder/und verformte Formkörper kann danach zu einem Halbzeug oder/und einem aus oder mit diesem Halbzeug gefertigten Bauteil bearbeitet bzw. verarbeitet werden. Das hergestellte Halbzeug bzw. das aus oder mit dem Halbzeug hergestellte Bauteil kann gerichtet, z.B. durch Biegen, Drücken, Drückwalzen, Streckziehen, Tiefziehen, Innenhochdruckumformen oder Walzprofilieren weiter verformt, z.B. durch Trennen, Bohren, Fräsen, Schleifen, Läppen, Polieren bearbeitet, gefügt oder/und z.B. durch Ätzen, Beizen, Lackieren oder sonstiges Beschichten oberflächenbehandelt werden.The invention further relates to a method for producing such Magnesium alloy, in which a shaped or compacted molded body is produced and is dynamically recrystallized by shaping and / or shaping. The molded body can therefore have been produced via the melt or / and via powder. At the Forming, especially during extrusion, results in a degree of forming of at least 1.5 chosen, preferably from at least 2 or even from at least 3, to be dynamic To achieve recrystallization and a fine-grained structure. The degree of deformation characterizes the degree of cross-sectional reduction when reshaping and is considered more natural Logarithm of the ratio of the initial cross section to the cross section according to the Forming specified. It is therefore often with the degree of dynamic recrystallization correlated, where possible no stronger growth of individual grains should occur, Instead, the aim is to create a structure that is as fine-grained as possible Magnesium alloys require high ductility. The more stable the structure of one Magnesium alloy is, the more fine-grained the structure becomes or remains during the forming process. The reshaped and / or deformed shaped body can then be a semi-finished product and / or a component made from or with this semi-finished product are processed or processed. The semi-finished product or the component made from or with the semi-finished product can directed, e.g. by bending, pressing, pressure rolling, stretch drawing, deep drawing, Internal high pressure forming or roll forming further deformed, e.g. by cutting, drilling, Milling, grinding, lapping, polishing, machining, joining and / or e.g. by etching, pickling, Painting or other coating are surface treated.
Beim Fügen kann das Halbzeug oder das daraus oder damit hergestellte Bauteil durch mindestens ein wärmearmes Fügeverfahren wie z.B. Kleben, Nieten, Stecken, Anpressen, Einpressen, Clinchen, Falzen, Schrumpfen oder Schrauben oder/und mindestens ein wärmeeinbringendes Fügeverfahren wie z.B. Verbundgießen, Verbundschmieden, Verbundstrangpressen, Verbundwalzen, Löten oder Schweißen, insbesondere Strahlschweißen oder Schmelzschweißen, mit einem gleichartigen oder andersartigen Halbzeug oder Bauteil verbunden werden. Das andersartige Halbzeug oder Bauteil kann ebenfalls im wesentlichen aus einer Magnesiumlegierung oder aus einer anderen Legierung oder auch aus einem nichtmetallischen Werkstoff bestehen. Es kann die gleiche oder eine andere Geometrie aufweisen wie das erfindungsgemäße Halbzeug oder Bauteil. Das Fügeverfahren kann insbesondere dazu dienen, aus mehreren Elementen ein Gehäuse, einen Apparat, eine Anlage, eine Profilkonstruktion oder/und eine Verkleidung herzustellen.When joining, the semi-finished product or the component made therefrom or with it can pass through at least one low-heat joining process such as Gluing, riveting, plugging, pressing, Pressing in, clinching, folding, shrinking or screwing and / or at least one heat-generating joining process such as Composite casting, composite forging, Composite extrusion, composite rolling, soldering or welding, in particular Beam welding or fusion welding, with a similar or different type Semi-finished product or component can be connected. The different semi-finished product or component can likewise essentially of a magnesium alloy or of another alloy or also consist of a non-metallic material. It can be the same or one have a different geometry than the semi-finished product or component according to the invention. The Joining methods can serve in particular to create a housing from several elements, to manufacture an apparatus, a system, a profile construction and / or a cladding.
Als Halbzeuge im Sinne dieser Anmeldung werden Formkörper verstanden, die noch nicht für ihren jeweiligen Anwendungszweck fertiggestellt und einsatzfähig sind. Als Bauteile werden dagegen die für den beabsichtigten Einsatzzweck geeigneten Formkörper bezeichnet. Beide Begriffe gehen jedoch fließend ineinander über, da es sich bei dem gleichen Formkörper für den einen Einsatzzweck um ein Halbzeug, für den anderen aber bereits um ein Bauteil handeln kann. Ferner wird aus Gründen der sprachlichen Vereinfachung nicht überall im Text streng zwischen Halbzeug und Bauteil unterschieden bzw. beides gleichzeitig angeführt oder nur von Magnesiumlegierung gesprochen, obwohl beides gemeint sein kann.For the purposes of this application, semi-finished products are understood to be shaped articles which have not yet are completed and ready for use for their respective application. As components on the other hand, the molded articles are suitable for the intended purpose designated. However, both terms flow smoothly into one another, since it is the same shaped body for one purpose around a semi-finished product, but for the other can already be a component. Furthermore, for the sake of linguistic Simplification does not strictly differentiate between semi-finished products and components throughout the text or both mentioned at the same time or only spoken of magnesium alloy, although both can be meant.
Die Halbzeuge aus erfindungsgemäßen Magnesiumlegierungen bzw. die daraus oder damit hergestellten Bauteile können verwendet werden als Felgen, Getriebegehäuse, Lenkradskelette, Querlenker, Rahmenelemente, Elemente von Fahrzeugzellen oder Fahrzeugaußenhäuten, Fahrzeugzelle, Fahrzeugaußenhaut, Cockpitträger, Cockpithaut, Gehäuse, Bodenelemente, Böden, Deckel, Tankelemente, Tankklappen, Halterungen, Stützen, Träger, Winkel, Hohlprofile, Rohre, Deformationselemente, Crashelemente, Crashabsorber, Pralldämpfer, Prallschilde, Prallträger, Kleinteile wie z.B. Zahnräder, als Laufräder und sonstige Arten Räder, als geschweißte Profilkonstruktionen, für die Fahrzeugkarosserie, für Sitz-, Fenster- oder/und Türrahmen, als Halbzeuge, Bauteile oder Verbunde am oder im Automobil oder Flugzeug.The semifinished products made of magnesium alloys according to the invention or those thereof or therewith manufactured components can be used as rims, gear housings, Steering wheel skeletons, wishbones, frame elements, elements of vehicle cells or Vehicle outer skins, vehicle cell, vehicle outer skin, cockpit support, cockpit skin, Housing, floor elements, floors, lids, tank elements, tank flaps, brackets, Supports, beams, angles, hollow profiles, pipes, deformation elements, crash elements, Crash absorbers, impact absorbers, impact shields, impact carriers, small parts such as Gears than Impellers and other types of wheels, as welded profile constructions, for the Vehicle body, for seat, window and / or door frames, as semi-finished products, components or Connections on or in the automobile or airplane.
Die Verfahren zur Herstellung von Strangpreßprofilen aus den erfindungsgemäßen Legierungen werden in einer am gleichen Tag vom gleichen Anmelder eingereichten Patentanmeldung im Detail beschrieben.The process for the production of extruded profiles from the inventive Alloys are filed on the same day by the same applicant Patent application described in detail.
Es wird vorzugsweise von hochreinen, kommerziell erhältlichen Legierungen ausgegangen. Ggf. werden diese Legierungen durch Zusätze auflegiert. Dabei können die hochreinen auflegierten Legierungen beim Schmelzprozeß geringe Mengen an Verunreinigungen aus dem Tiegel aufnehmen. Die Legierungen können beispielsweise in einem Nickel- und Chrom-freien Stahltiegel unter einer Schutzgasatmosphäre, z.B. Ar oder/und SF6, erschmolzen werden. Anstelle eines Gießverfahrens kann auch die pulvermetallurgische Herstellung von Grünlingen ggf. mit nachfolgender Glühung eingesetzt werden. Die Verfahrensschritte sind grundsätzlich bekannt, bedingen aber je nach Legierung eine unterschiedliche Abänderung bzw. Optimierung.It is preferable to start from high-purity, commercially available alloys. Possibly. these alloys are alloyed with additives. The high-purity alloys can absorb small amounts of contaminants from the crucible during the melting process. The alloys can be melted, for example, in a nickel and chromium-free steel crucible under a protective gas atmosphere, for example Ar or / and SF 6 . Instead of a casting process, the powder-metallurgical production of green compacts, possibly with subsequent annealing, can also be used. The process steps are known in principle, but require a different modification or optimization depending on the alloy.
Voraussetzung für die Weiterverarbeitung von Magnesiumlegierungen z.B. durch Strangpressen, oder/und Schmieden ist die Herstellung geeigneter Varmaterialien z.B. in Form von Blöcken, Bolzen oder Brammen. Für die Herstellung von Bolzen zum Strangpressen gibt es vor allem zwei Möglichkeiten:Prerequisite for the further processing of magnesium alloys e.g. by Extrusion, or / and forging is the production of suitable materials, e.g. in Form of blocks, bolts or slabs. For the production of bolts for There are two main options for extrusion:
Beim ersten Verfahren kann ein Bolzen mit einem sehr großen Durchmesser gegossen werden, der dann anschließend mit Hilfe einer Hochleistungsstrangpresse zu Rundbolzen mit einem Durchmesser verpreßt werden kann, der dem Rezipientendurchmesser entspricht. Hierbei wird die Seigerung durch die thermomechanische Behandlung verringert.In the first method, a bolt with a very large diameter can be cast are then turned into round bolts using a high-performance extrusion press can be pressed with a diameter that corresponds to the recipient diameter. The segregation is reduced by the thermomechanical treatment.
Ein weniger aufwendiges Verfahren als dieses Dappelstrangpressen ist die Herstellung der Bolzen durch Sand-, Kokillen- oder Strangguß mit einer ausreichend großen Bearbeitungszugabe. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, daß keine stärkere Seigerungen auftreten, die auch durch lange Homogenisierungszeiten nicht oder nur unzureichend ausgeglichen werden. Die Folgen könnten sonst eine schlechte Verpreßbarkeit und eine größere Streuung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Duktilität, sein.A less expensive process than this double extrusion is the production of the Bolts by sand, mold or continuous casting with a sufficiently large size Machining allowance. However, it is important to ensure that there are no severe segregations occur that are not or only insufficient due to long homogenization times be balanced. The consequences could otherwise be a bad compressibility and a greater dispersion of the mechanical properties, in particular the ductility.
Die gegossenen Bolzen können zunächst durch Wärmebehandlung in Abhängigkeit von der Legierungszusammensetzung bei z.B. 350 °C im Bereich von 6 h bis 12 h homogenisiert werden, um Seigerungen im Gefüge zu beseitigen, das z.T. heterogene Gefüge zu verbessern und die Preßbarkeit zu erhöhen. Danach können die homogenisierten Bolzen mechanisch auf die erforderlichen Abmessungen bearbeitet werden. The cast bolts can first be subjected to heat treatment depending on the Alloy composition in e.g. 350 ° C homogenized in the range from 6 h to 12 h to eliminate segregations in the structure, some of which heterogeneous structure too improve and increase the pressability. Then the homogenized bolts machined to the required dimensions.
Seigerungen können zu einer ungleichmäßigen Verformung und bei kritischen Strangpreßbedingungen zu Rissen bzw. zu lokalen Aufschmelzungen führen, was schlechte Oberflächenqualitäten bedingen kann. Bei weniger gut homogenisierten Bolzen ist ein unnötig hoher Preßdruck beim Strangpressen erforderlich.Segregations can lead to uneven deformation and critical Extrusion conditions lead to cracks or local melting, which is bad Surface qualities can cause. With less well homogenized bolts is a unnecessarily high extrusion pressure required.
Das Strangpressen der Magnesiumlegierungen kann in den gleichen Strangpreßanlagen erfolgen, die für das Strangpressen von Aluminiumlegierungen eingesetzt werden, sowohl über das direkte, als auch über das indirekte Strangpressen. Nur bei der Werkzeuggestaltung (Matrize) ist das Verformungsverhalten spezifisch zu berücksichtigen. Scharfkantige Einläufe, wie sie bei Aluminiumlegierungen zum Einsatz kommen, sind bei Magnesiumlegierungen zu vermeiden, da sonst die Gefahr von Oberflächenrissen auftritt. In vielen Fällen wird z.B. für Matrizen von Rundprofilen ein Einlaufwinkel von ca. 50 ° für Magnesiumlegierungen verwendet.The extrusion of the magnesium alloys can be carried out in the same extrusion plants take place, which are used for the extrusion of aluminum alloys, both via direct as well as indirect extrusion. Only with the Tool design (die), the deformation behavior must be specifically taken into account. There are sharp-edged inlets, such as those used in aluminum alloys Avoid magnesium alloys, otherwise there is a risk of surface cracks. In many cases e.g. for matrices of round profiles an entry angle of approx. 50 ° for Magnesium alloys used.
Der wichtigste Parameter neben der Strangpreßtemperatur ist die Strangpreßgeschwindigkeit, weil sie die Eigenschaften und die Oberflächenqualität der Strangpreßprofile maßgeblich beeinflußt. Ein hoher Preßdruck bedingt dabei auch eine hohe Strangpreßgeschwindigkeit, die aus wirtschaftlichen Gründen angestrebt wird. Eine hohe Strangpreßgeschwindigkeit ist üblicherweise mit einer noch besseren Oberflächenqualität verbunden. Die Preßbarkeit der Magnesiumlegierungen ist vergleichbar mit denen schwerpreßbarer Aluminiumlegierungen. Eine hohe Strangpreßgeschwindigkeit wird zwar aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten angestrebt, ist aber bei Magnesiumlegierungen nicht immer realisierbar. Trotz gewisser Kenntnisse zum Strangpressen von Magnesiumlegierungen müssen üblicherweise die Parameter zum Strangpressen im Detail erarbeitet werden, da hier ein großes Optimierungspotential verborgen ist.The most important parameter besides the extrusion temperature is the extrusion speed, because they have the properties and surface quality of the Extruded profiles significantly influenced. A high pressure also means a high one Extrusion speed, which is aimed for economic reasons. A high Extrusion speed is usually with an even better surface quality connected. The pressability of the magnesium alloys is comparable to that heavy-duty aluminum alloys. A high extrusion speed is true Desired from an economic point of view, but is not the case with magnesium alloys always feasible. Despite certain knowledge of the extrusion of Magnesium alloys usually need the parameters for extrusion in detail be worked out because there is a huge potential for optimization.
Dem Strangpressen schließt sich vorteilhafterweise eine Wärmebehandlung an. Diese Wärmebehandlung ist üblicherweise nicht von starkern Interesse, da die erfindungsgemäßen Legierungen durch diese Wärmebehandlung meistens nicht stark verbessert werden. Die Halbzeuge können ggf. gerichtet, weiter verformt, bearbeitet, gefügt oder/und oberflächenbehandelt werden. Mit den erfindungsgemäßen Legierungen können Voll- und Strangprofile in einfachen oder komplizierten Querschnitten ohne Probleme stranggepreßt werden. Hierbei können Halbzeuge verbessert bzw. daraus oder damit ggf. auch Bauteile hergestellt werden.The extrusion is advantageously followed by a heat treatment. This Heat treatment is usually not of great interest since the Alloys according to the invention are usually not strong through this heat treatment be improved. If necessary, the semi-finished products can be straightened, further deformed, processed, joined or / and surface treated. With the alloys of the invention Solid and extruded profiles in simple or complicated cross sections without problems be extruded. Here, semi-finished products can be improved, components are also manufactured.
Die folgenden erfindungsgemäßen Beispiele stellen ausgewählte Ausführungsformen dar, ohne die Erfindung einzuschränken.The following examples according to the invention represent selected embodiments, without restricting the invention.
Bei den benutzten Legierungsbezeichnungen kennzeichnet A Al, E mindestens ein Seltenerdelement SE, wobei auch La und Y zu den Seltenerdelementen gerechnet werden, M oder MN Mn, S Si und Z Zn - üblicherweise mit Gehaltsangaben in Gew.-%, soweit nichts anderes vermerkt ist. Bei allgemein gebräuchlichen Legierungsangaben wie z.B. AZ31 werden durch die Zahlen wie für die jeweilige Legierung üblich nur größenordnungsmäßige Gehalte angegeben, die branchenüblich in relativ breitem Maß variieren können. Zusätzlich kann bei der in den Beispielen verwendeten Ausgangslegierung und den damit hergestellten modifizierten Legierungen auf Basis AZ ein geringer Mangangehalt vorhanden sein. Alle Beispiele wiesen Spuren von weniger als 0,1 Gew.-% Cd, von weniger als 0,05 Gew.-% Cu, von weniger als 0,04 Gew.-% Fe und von weniger als 0,003 Gew.-% Ni auf.A Al, E indicates at least one of the alloy designations used Rare earth element SE, whereby La and Y are also classified as rare earth elements, M or MN Mn, S Si and Z Zn - usually with content in% by weight, insofar as nothing other is noted. With commonly used alloy information such as AZ31 are only of the order of magnitude as usual for the respective alloy Levels indicated that can vary to a relatively wide extent as is customary in the industry. additionally can in the starting alloy used in the examples and the so produced modified alloys based on AZ have a low manganese content. All Examples showed traces of less than 0.1 wt% Cd, less than 0.05 wt% Cu, less than 0.04 wt% Fe and less than 0.003 wt% Ni.
Die Legierungen wurden als hochreine kommerziell erhältliche Legierungen oder üblicherweise aus hochreinen Ausgangslegierungen wie z.B. AM-, AS- oder AZ-Legierungen bzw. durch Zugabe von Reinstmagnesium HP-Mg, einer Seltenerdelement-haltigen Vortegierung mit einem Verhältnis von Nd zu weiteren Seltenen Erden einschließlich Yttrium von 0,92, einer Zirkonium-haltigen Vorlegierung, von Calcium bzw. Strontium auflegiert. Die Standardlegierungen enthielten einen Mn-Gehalt von bis zu etwa 0,2 Gew.-%. Die Legierungen wurden in einem Stahltiegel unter der Schutzgasatmosphäre eines Ar-SF6-Gemisches erschmolzen. Die Schmelze wurde bei einer Temperatur im Bereich von 780 bis 820 °C, einmalig auch bei 750 °C, gehalten und vergossen. Der Abguß der für das nachfolgende Strangpressen erforderlichen Rohlinge erfolgte in eine zylindrische Stahlkokille mit Bearbeitungszugabe. Die Form wies je nach Versuch einen Durchmesser von 90 bzw. 110 mm und eine Formtemperatur im Bereich von 80 bis 320 °C auf. Die erzielten Elementgehalte wurden spektroskopisch überprüft. Bei allen Legierungen wurde darauf geachtet, daß das Gefüge der Gußkörper möglichst homogen und frei von Verunreinigungen ist, da dies die Duktilität empfindlich beeinflussen kann. Alle Legierungen ließen sich ohne Probleme erschmelzen, abgießen und zu Bolzen verarbeiten.The alloys were made as high-purity, commercially available alloys or usually from high-purity starting alloys such as, for example, AM, AS or AZ alloys or by adding high-purity magnesium HP-Mg, a rare earth element-containing pre-alloy with a ratio of Nd to other rare earths, including yttrium of 0.92, a zirconium-containing master alloy, alloyed with calcium or strontium. The standard alloys contained an Mn content of up to about 0.2% by weight. The alloys were melted in a steel crucible under the protective gas atmosphere of an Ar-SF 6 mixture. The melt was kept and poured at a temperature in the range from 780 to 820 ° C, once at 750 ° C. The blanks required for the subsequent extrusion were cast in a cylindrical steel mold with machining allowance. Depending on the test, the mold had a diameter of 90 or 110 mm and a mold temperature in the range from 80 to 320 ° C. The element contents achieved were checked spectroscopically. With all alloys, care was taken to ensure that the structure of the cast body is as homogeneous and free of impurities as possible, as this can have a sensitive effect on ductility. All alloys could be melted, poured off and processed into bolts without any problems.
Danach wurden die Gießkörper über 12 h bei 350 °C homogenisiert. Durch Drehen wurden Bolzen von in der Regel 70 mm Durchmesser und 120 mm Länge hergestellt; bei 6 Proben der Legierung AZ31Ca0,3 wurde jedoch ein Durchmesser von 74 mm gewählt. Die homogenisierten und abgedrehten Bolzen waren dann für das Strangpressen gut vorbereitet. The castings were then homogenized at 350 ° C. for 12 h. By turning Bolts usually made 70 mm in diameter and 120 mm in length; with 6 samples for the AZ31Ca0.3 alloy, however, a diameter of 74 mm was chosen. The homogenized and twisted bolts were then well prepared for extrusion.
Danach wurden die Bolzen auf die jeweilige Strangpreßtemperatur im Bereich von 200 bis 450 °C aufgeheizt, über 60 bis 150 min durchgewärmt und in einer 400 t-Horizontalpresse stranggepreßt. Die Temperatur des Bolzens ist daher jene Temperatur, die der Bolzen bei Eintritt in die Strangpresse aufweist.The bolts were then brought to the respective extrusion temperature in the range from 200 to Heated to 450 ° C, warmed for 60 to 150 minutes and in a 400 t horizontal press extruded. The temperature of the bolt is therefore the temperature that the bolt at Has entry into the extrusion press.
Vorversuche wurden mit der Legierung AZ31 in einer 400 t-Strangpresse bei direktem Strangpressen durchgeführt (Tabellen 1 und 2). Mit einem Rezipientendurchmesser von 74 mm konnte ein breites Parameterfeld erfolgreich untersucht werden. Die Vorversuche erlaubten die Festlegung der Versuchsparameter. In systematischen Vorversuchen an der Referenzlegierung AZ31 wurden die geeigneten Strangpreßparameter ausgewählt; an den stranggepreßten Proben wurden die mechanischen Eigenschaften und die mittleren Korngrößen bestimmt (Tabellen 1 und 2). Die Ergebnisse der Vorversuche bestimmten wesentlich die Versuchsparameter der nachfolgenden Versuche.Preliminary tests were carried out with the AZ31 alloy in a 400 t extrusion press at direct Extrusion carried out (Tables 1 and 2). With a recipient diameter of 74 mm, a wide range of parameters could be successfully examined. The preliminary tests allowed the definition of the test parameters. In systematic preliminary tests on the AZ31 reference alloy, the appropriate extrusion parameters were selected; to the extruded samples were mechanical properties and mean Grain sizes determined (Tables 1 and 2). The results of the preliminary tests determined essentially the test parameters of the subsequent tests.
Bei den spezifischen Versuchen wurden etliche der Herstellparameter systematisch variiert (Tabellen 3e/f). Einerseits wurde der Matrizendurchmesser variiert und wurden hierbei die Preßstempelgeschwindigkeit und Strangpreßtemperatur konstant gehalten, andererseits wurde die Matrizengeometrie konstant gehalten und wurde hierbei die Preßstempelgeschwindigkeit variiert und schließlich wurde die Strangpreßtemperatur legierungsabhängig variiert. Die Preßstempelgeschwindigkeit und das Strangpreßverhältnis ergaben dabei die Strangpreßgeschwindigkeit. Mit Hilfe einer derartigen Parametermatrix war eine Bewertung des Einflusses unterschiedlicher Umformbedingungen möglich. Die Variation der Strangpreßparameter hatte einen unterschiedlichen Einfluß auf das Eigenschaftsprofil der stranggepreßten Magnesiumwerkstoffe. Tendenzen der Werkstoffeigenschaften der verschiedenen Legierungen je nach den Herstellparametem lassen sich aus den Tabellen 3e/f entnehmen.Several of the manufacturing parameters were systematically varied in the specific tests (Tables 3e / f). On the one hand, the die diameter was varied and became the Die speed and extrusion temperature kept constant, on the other hand the matrix geometry was kept constant and became the Die speed varied and finally the extrusion temperature varies depending on the alloy. The ram speed and the extrusion ratio gave the extrusion speed. With the help of such a parameter matrix it was possible to evaluate the influence of different forming conditions. The Variation of the extrusion parameters had a different influence on that Property profile of the extruded magnesium materials. Tendencies of Material properties of the different alloys depending on the manufacturing parameters can be seen from Tables 3e / f.
Bei den spezifischen Strangpreßversuchen wurde ebenfalls in einer 400-t-Strangpresse bei direktem Strangpressen gearbeitet. Strangpreßtemperatur: 340 °C, 365 °C bzw. 390 °C jeweils nach 1 h Zeit des Aufheizens und Durchwärmens des Bolzens. Es wurden vorwiegend Preßmatrizen mit einem Durchmesser von 15, 16 bzw. 18 mm und entsprechend einem Verpressungsverhältnis von 1 : 24,3, 1 : 21,4 und 1 : 16,9 eingesetzt. Die Preßgeschwindigkeit betrug 3,8 - 4,5, 5,0 - 5,5, 5,8 - 6,5 bzw. 9,5 - 10 m/min. Nur ein kleiner Teil der Strangpreßversuche wird in Tabelle 3e wiedergegeben. Je nach Probe wurde bei einem Rezipientendurchmesser von 74 mm eine Rezipiententemperatur im Bereich von 250 bis 380 °C, ein Matrizendurchmesser im Bereich von 14 bis 18 mm, ein Preßverhältnis A/A0 im Bereich von 16,9 bis 27,9, ein Umformgrad ϕ = In(Ao/A) im Bereich von 2,8 bis 3,3, eine Stempelgeschwindigkeit im Bereich von 145 bis 508 mm/min, eine Strangpreßgeschwindigkeit im Bereich von 3,2 bis 10,8 m/min, ein Preßdruck zu Beginn des Strangpressens im Bereich von 8,7 bis 23,5 MPa und ein Preßdruck zum Ende des Strangpressens im Bereich von 7,2 bis 16,5 MPa und einmalig von 23,3 MPa eingestellt.In the case of the specific extrusion tests, work was also carried out in a 400 t extrusion press with direct extrusion. Extrusion temperature: 340 ° C, 365 ° C or 390 ° C each after 1 hour of heating and warming the stud. Press dies with a diameter of 15, 16 or 18 mm and a compression ratio of 1: 24.3, 1: 21.4 and 1: 16.9 were predominantly used. The pressing speed was 3.8 - 4.5, 5.0 - 5.5, 5.8 - 6.5 and 9.5 - 10 m / min. Only a small part of the extrusion tests are shown in Table 3e. Depending on the sample, a recipient temperature in the range from 250 to 380 ° C., a die diameter in the range from 14 to 18 mm, a compression ratio A / A 0 in the range from 16.9 to 27.9, and a degree of deformation were obtained with a recipient diameter of 74 mm ϕ = In (A o / A) in the range from 2.8 to 3.3, a punch speed in the range from 145 to 508 mm / min, an extrusion speed in the range from 3.2 to 10.8 m / min, a pressing pressure at the start of the extrusion in the range from 8.7 to 23.5 MPa and a pressure at the end of the extrusion in the range from 7.2 to 16.5 MPa and once from 23.3 MPa.
Die aufgetretenen Strangpreßdrücke variierten je nach verwendeter Legierung und eingestellten Parametern in einem breiten Spektrum. Die erreichten Enddrücke lagen für Legierungen ohne Ca-, SE- oder Zr-Zusatz im Bereich um 10 ± 2 MPa bei Strangpreßtemperaturen größer 300 °C und bei Ca-, SE- oder Zr-haltigen Legierungen um bis zu 4 MPa höher. Ursache für die höheren Strangpreßdrücke und somit für den erhöhten Formänderungswiderstand von Magnesiumlegierungen mit Ca-, SE- oder Zr-Zusatz ist ein höherer Anteil an stabilen Ausscheidungen als bei Magnesiumlegierungen ohne diesen Zusatz. Für geringere Temperaturen wurden generell etwas höhere Strangpreßdrücke ermittelt.The extrusion pressures that occurred varied depending on the alloy used and set parameters in a wide range. The final pressures reached were for Alloys without Ca, SE or Zr addition in the range around 10 ± 2 MPa Extrusion temperatures greater than 300 ° C and in the case of alloys containing Ca, SE or Zr up to 4 MPa higher. Cause for the higher extrusion pressures and thus for the increased Resistance to deformation of magnesium alloys with Ca, SE or Zr addition is a higher proportion of stable precipitates than with magnesium alloys without it Additive. For lower temperatures, extrusion pressures were generally somewhat higher determined.
Alle Legierungen, sowohl die Ausgangslegierungen, als auch die durch Zusätze modifizierten Legierungen ließen sich problemlos in einem breiten Temperatur-, Strangpreßgeschwindigkeits- und Strangpreßverhältnisbereich umformen. Die aufgetretenen Strangpreßdrücke variierten je nach verwendeter Legierung und eingestellten Strangpreßparametern. Die Bolzen zeigten eine gute Verpreßbarkeit mit einem großen Spielraum bezüglich Preßkraft und Preßgeschwindigkeit. Die untere Strangpreßtemperatur ist durch die unzureichende plastische Verformbarkeit unterhalb einer Temperatur im Bereich von etwa 200 bis 220 °C bedingt, die obere Strangpreßtemperatur findet ihre Grenzen durch die Nähe zur eutektischen Temperatur und möglicherweise durch die erste Ausbildung von Anteilen einer schmelzflüssigen Phase.All alloys, both the starting alloys and those by additives modified alloys could easily be used in a wide temperature, Form extrusion speed and extrusion ratio range. The occurred Extrusion pressures varied depending on the alloy used and the set one Strangpreßparametern. The bolts showed good compressibility with a large one Freedom in terms of pressing force and pressing speed. The lower extrusion temperature is due to the insufficient plastic deformability below a temperature in the Range of about 200 to 220 ° C conditional, the upper extrusion temperature finds its Limits by the proximity to the eutectic temperature and possibly by the first Formation of parts of a molten phase.
Die stranggepreßten Rundprofile wurden durch Fräsen und Drehen bearbeitet zu Rundzugproben (d0 = 5 mm, I0 = 5 · d0, kleiner Praportionalitätsstab, nach DIN 50 125), Druckproben (d0 = 10 mm, I0 = 2 · d0, nach DIN 50 106), Schlagbiegeproben (10 x 10 x 55 mm, nach DIN 50 116) und Kerbschlagbiegeproben (nach DIN 50 115). Pro Legierung und Versuch wurden jeweils 5 dieser Proben hergestellt und getestet. Bei allen Proben wurde die Längsrichtung so gewählt, daß sie mit der Richtung des Strangpressens übereinstimmt. The extruded round profiles were processed by milling and turning into round specimens (d 0 = 5 mm, I 0 = 5 · d 0 , small proportionality bar, according to DIN 50 125), pressure tests (d 0 = 10 mm, I 0 = 2 · d 0 , according to DIN 50 106), impact bending tests (10 x 10 x 55 mm, according to DIN 50 116) and notched impact bending tests (according to DIN 50 115). 5 of these samples were produced and tested per alloy and test. For all samples, the longitudinal direction was chosen so that it coincided with the direction of extrusion.
Beim Zugversuch wurden Zugfestigkeit Rm, Dehngrenze = Streckgrenze RP0,2 und Bruchdehnung A bzw. z.T. auch die Brucheinschnürung BE beim Zugversuch bei einer Zuggeschwindigkeit von 0,5 mm/min bestimmt. Beim Druckversuch wurden Werte der Druckfestigkeit RDm, Stauchgrenze RD0,2 und Stauchung AD bei einer Druckgeschwindigkeit von 0,5 mm/min gewonnen. Der Beginn der plastischen Verformung (Dehn- bzw. Stauchgrenze) wurde graphisch ermittelt. Außerdem wurden Brinellhärte-Messungen nach DIN 50351 durchgeführt. Alle Messungen fanden bei Raumtemperatur statt. Die Ergebnisse der mechanischen Bestimmungen sind in den Tabellen 3a-c und die der Gefügeuntersuchungen in der Tabelle 3d zusammengestellt.In the tensile test, tensile strength R m , yield strength = yield strength R P0.2 and elongation at break A or, in some cases, the breaking constriction BE were determined in the tensile test at a tensile speed of 0.5 mm / min. Values of the compressive strength R Dm , compression limit R D0.2 and compression A D at a printing speed of 0.5 mm / min were obtained in the compression test. The beginning of the plastic deformation (expansion or compression limit) was determined graphically. Brinell hardness measurements were also carried out in accordance with DIN 50351. All measurements took place at room temperature. The results of the mechanical determinations are summarized in Tables 3a-c and those of the structural investigations in Table 3d.
An ausgewählten Proben wurden Anschliffe hergestellt, die bezüglich mittlerer Korngröße, Gefügeinhomogenitäten sowie Art und Verteilung der enthaltenen ausgeschiedenen Phasen beurteilt wurden. Anhand dieser Bewertung erfolgte eine weitere Optimierung der Herstellungs- und Verarbeitungsparameter.Grindings were made on selected samples, with respect to average grain size, Structural homogeneity as well as the type and distribution of the separated phases contained were assessed. This evaluation was used to further optimize the Manufacturing and processing parameters.
Generell trat während des Strangpressens eine dynamische Rekristallisation auf, die in Abhängigkeit von den Strangpreßparametern und der Legierungszusammensetzung zu unterschiedlichen mittleren Korngrößen führte. Je nach den Strangpreßbedingungen ergaben sich trotz gleicher Legierungszusammensetzung Unterschiede im Gefüge der Proben. Die Gefügeausbildung und die erreichte Bruchdehnung korrelierten mit den Verformungsparametern.In general, dynamic recrystallization occurred during the extrusion, which in Dependence on the extrusion parameters and the alloy composition different average grain sizes. Depending on the extrusion conditions Despite the same alloy composition, there were differences in the structure of the Rehearse. The structure and the elongation at break correlated with the Deformation parameters.
Die an den gegossenen und stranggepreßten Proben ermittelten Festigkeitswerte waren weitaus höher als erwartet. Überraschenderweise war auch das Verformungsvermögen dieser Legierungen sehr hoch. Ferner war es überraschend, daß die Werkstoffeigenschaften der modifizierten Legierungen erstaunlich wenig in Abhängigkeit von den Strangpreßbedingungen variierten, was für eine Fertigung vorteilhaft ist. Ferner war es überraschend, daß die Schlagarbeit der Legierung ZE10 derart hoch lag.The strength values determined on the cast and extruded samples were much higher than expected. The deformability was also surprising of these alloys very high. It was also surprising that the The material properties of the modified alloys are surprisingly little dependent varied from the extrusion conditions, which is advantageous for production. Furthermore was it is surprising that the impact energy of the ZE10 alloy was so high.
Die Meßergebnisse der Brinellhärte-Bestimmungen ermöglichten keine besonderen Aussagen. Die Brinellhärte der stranggepreßten Proben erwies sich um 7 bis 22 % größer als bei den Proben im Gußzustand. Die Härte nahm mit dem Aluminium-Gehalt zu.The measurement results of the Brinell hardness determinations did not allow any special ones Statement. The Brinell hardness of the extruded samples was found to be 7 to 22% greater than the cast samples. The hardness increased with the aluminum content.
Bei der stranggepreßten (=extrudierten) Legierung AM50 lag die Zugfestigkeit bei Werten bis zu 287 MPa, die Druckfestigkeit bei Werten bis zu 365 MPa, die Bruchdehnung bei Werten bis zu 21,6 % und die Schlagarbeit ungekerbter Proben bei Werten bis zu 85 J (Tabellen 3a/c). Alle diese Werkstoffeigenschaften lagen daher signifikant über denen, die an Proben im gegossenen Zustand ermittelt wurden.The tensile strength of the extruded (= extruded) alloy AM50 was at values up to 287 MPa, the compressive strength at values up to 365 MPa, the elongation at break at Values up to 21.6% and the impact work of notched specimens at values up to 85 J (Tables 3a / c). All of these material properties were therefore significantly higher than those were determined on samples in the cast state.
Bei der stranggepreßten Legierung AM20Ca0.2 bzw. AM50Ca0,5 traten im Vergleich zur stranggepreßten Legierung AM20 bzw. AM50 bei den Druck- und Schlagversuchen höhere mechanische Eigenschaften bei einer vergleichbar hohen Duktilität auf, bei den geringer Aluminium-haltigen Legierungen auch bei den Zugversuchen. Da die untersuchten stranggepreßten Proben noch nicht die beste Gefügehomogenität aufwiesen, können hier noch deutlich bessere Eigenschaften erzielt werden. Bei der stranggepreßten Legierung AZ31Ca0.3 bzw. AS41 Ca0.4 lagen die Ergebnisse der Druckfestigkeit höher als bei der stranggepreßten Legierung AZ31 bzw. AS41. Bei diesen Ca-modifizierten Legierungen traten die höchsten ermittelten Druckfestigkeiten auf. Bei den stranggepreßten Legierungen AM50 bzw. AZ31 nahmen die mittleren Korngrößen im Trend mit der Strangpreßtemperatur z.B. im Bereich von 6 bis 12 µm bzw. 3,5 bis 10 µm zu. Bei der Legierung AM50Ca0,5 lag die mittlere Korngröße im Bereich von 4,5 bis 9 µm und somit aufgrund des Ca-Zusatzes geringer, wobei die mittleren Korngrößen proportional zur Strangpreßtemperatur ebenfalls etwas zunahmen.The extruded alloy AM20Ca0.2 and AM50Ca0.5 compared to extruded alloy AM20 or AM50 higher in compression and impact tests mechanical properties with a comparably high ductility, with the lower Alloys containing aluminum also in tensile tests. Because the examined extruded samples that have not yet had the best structural homogeneity can be found here even better properties can be achieved. For the extruded alloy AZ31Ca0.3 or AS41 Ca0.4, the results of the compressive strength were higher than for the extruded AZ31 or AS41 alloy. With these Ca-modified alloys the highest determined compressive strengths occurred. In the case of extruded alloys AM50 and AZ31 trended the mean grain sizes with the extrusion temperature e.g. in the range from 6 to 12 µm or 3.5 to 10 µm. The alloy was AM50Ca0.5 the average grain size in the range of 4.5 to 9 µm and therefore due to the addition of Ca. lower, the mean grain sizes proportional to the extrusion temperature also increased slightly.
Bei der stranggepreßten Legierung ME10 lagen die höchsten Werte der Zugversuche mit der mittleren Zugfestigkeit bei Werten bis zu 336 MPa und der mittleren Streckgrenze bei Werten bis zu 327 MPa. Die gegossene Legierung ME10 zeigte einen sehr hohen plastischen Anteil der Spannung, während sich das Verhältnis des elastischen zum plastischen Anteils beim Strangpressen umkehrte und zu umgekehrten Extremwerten führte (Tabelle 3b). Es traten sehr kleine mittlere Korngrößen im Bereich von 3 bis 5 µm auf.The highest values of the tensile tests were with the extruded ME10 alloy the average tensile strength at values up to 336 MPa and the average yield strength at Values up to 327 MPa. The cast ME10 alloy showed a very high plastic part of the tension, while the ratio of the elastic to the plastic component during extrusion and reversed extreme values (Table 3b). Very small average grain sizes in the range from 3 to 5 µm occurred.
Bei der stranggepreßten Legierung MN150Ca0.2 zeigte sich eine sehr starke Steigerung der meisten mechanischen Eigenschaften im Vergleich zur stranggepreßten Legierung MN150. Ein Zusatz von Zr0.7 zur stranggepreßten Ausgangslegierung MN150 wirkte sich nur wenig aus.The extruded alloy MN150Ca0.2 showed a very strong increase in most mechanical properties compared to the extruded alloy MN150. Adding Zr0.7 to the extruded MN150 base alloy had little effect out.
Bei der stranggepreßten Legierung ZE10 wurden zwar geringere mechanische Eigenschaften ermittelt, doch variierten diese sehr stark mit der Temperatur, so daß noch bessere mechanische Eigenschaften mit noch höherer Temperatur erzielt werden können: Die Eigenschaften der Legierung ZE10 werden wesentlich von den Seltenen Erden beeinflußt und können bei der Variation der Seltenerdelemente einschließlich Lanthan und Yttrium bzw. ihrer Gehalte noch weiter optimiert werden. Bei der Legierung ZE10 traten mittlere Korngrößen im Bereich von 6,5 bis 13 µm auf, die wieder mit der Strangpreßtemperatur eher zunahmen; diese Legierung erwärmte sich jedoch mit zunehmender Strangpreßgeschwindigkeit relativ stark, was bei höherer Strangpreßgeschwindigkeit ebenfalls zu etwas größeren mittleren Korngrößen führte. Bei der stranggepreßten modifizierten Legierung ZE10Zr0,7 ergaben sich aufgrund des Zirkonium-Zusatzes sehr viel höhere Festigkeiten als bei der stranggepreßten Ausgangslegierung ZE10. Sie wies wie die zusätzlich Zr0.7 enthaltende stranggepreßte Legierung sehr hohe Werte der Bruchdehnung und der Kerbschlagarbeit auf. So konnte beim Abkühlen von Aluminium-freien Zirkonium-haltigen Schmelzen eine heterogene Keimbildung einsetzen, die aufgrund eines Korngrenzen-Pinnings zu einem besonders feinen Gefüge führte. Die Schlagarbeit an ungekerbten Proben war jedoch aufgrund der inhomogenen Verteilung der Zirkonium-haltigen Phase im Vergleich. zu den Proben der Legierung ZE10 teilweise geringfügig gesunken. Bei der stranggepreßten Legierung ZE14Zr0,7 stabilisierte der Zirkonium-Zusatz das Gefüge. Es entstanden beim Strangpressen Gefüge mit mittleren Korngrößen im Bereich von 2,2 bis 4,5 µm. Diese geringen Korngrößen entstanden über einen weiten Strangpreßparameterbereich. Bei dieser Legierung war die geringe Variation der Korngrößen in Abhängigkeit von den Strangpreßparametern auffällig.In the case of the extruded ZE10 alloy, there were fewer mechanical ones Properties determined, but these varied greatly with the temperature, so that still better mechanical properties can be achieved with an even higher temperature: The properties of the ZE10 alloy become essential from the rare earths influenced and can vary in the variation of rare earth elements including lanthanum and Yttrium and their contents can be further optimized. Occurred with the alloy ZE10 average grain sizes in the range of 6.5 to 13 microns, which again with the Extrusion temperature tend to increase; however, this alloy also warmed up increasing extrusion speed relatively strong, which at higher Extrusion speed also led to somewhat larger average grain sizes. In the extruded modified alloy ZE10Zr0.7 resulted from the Zirconium additive has much higher strength than the extruded one Starting alloy ZE10. It pointed like the extruded Zr0.7 Alloy very high values of elongation at break and impact energy. So could a heterogeneous when cooling aluminum-free zirconium-containing melts Use nucleation, which due to a grain boundary pinning to a particular fine structure. However, the striking work on unskilled specimens was due to the inhomogeneous distribution of the zirconium-containing phase in comparison. to the samples of the Alloy ZE10 partially decreased slightly. For the extruded alloy ZE14Zr0.7, the addition of zirconium stabilized the structure. It was created at Extrusion structures with average grain sizes in the range from 2.2 to 4.5 µm. This Small grain sizes were created over a wide range of extrusion parameters. At this Alloy was the small variation in grain sizes depending on the Extrusion parameters noticeable.
Ein Zusatz von SE0.7 oder insbesondere von Zr0.7 zur Legierung ZM21 wirkte sich nur wenig auf die mechanischen Eigenschaften aus.Adding SE0.7 or in particular Zr0.7 to the ZM21 alloy only had an effect little on the mechanical properties.
Es wurde gefunden, daß die Hall-Petch-Beziehung auch für die erfindungsgemäßen Magnesiumlegierungen im Trend gültig ist, nach der die mechanischen Eigenschaften mit kleineren Korngrößen verbessert werden. Das gilt in vielen Fällen vor allem für die Zug- und Druckfestigkeit, aber auch grundsätzlich für die Bruchdehnung und Schlagarbeit.It has been found that the Hall-Petch relationship also applies to those of the invention Magnesium alloys in the trend is valid, according to the mechanical properties smaller grain sizes can be improved. In many cases, this applies above all to the train and Compressive strength, but also basically for elongation at break and impact work.
Bei diesen Versuchen wurden insbesondere Magnesiumlegierungen als geeignet ermittelt, bei denen je vorhandenem 1 Gew.-% Al ein Gehalt an Ca im Bereich von etwa 0,05 bis 0,2 Gew.-% Ca zugesetzt wurde, um eine Ausscheidung der Al2Ca-Phase zu ermöglichen. Die Phase Al2Ca erwies sich als temperaturstabiler als die Phase Mg17Al12 und konnte daher das Kornwachstum beim Strangpressen besser behindern als die Phase Mg17Al12. Auch die Ausscheidungsphase Mg2Si behinderte das Kornwachstum beim Strangpressen besser als die Phase Mg17Al12. Eine Zugabe von Ca zu Al-freien Legierungen führte zur Bildung von Mg2Ca- bzw. Ca5Zn2-Ausscheidungen. Es zeigte sich, daß die normalerweise bei Al-haltigen Magnesiumlegierungen erscheinende Phase Mg17Al12 zwar eine etwas erhöhte Festigkeit verursacht, aber auch für eine geringere Bruchdehnung verantwortlich ist. Da diese Phase noch spröder ist als als die reine hexagonale Mg-Phase, sollten größere Gehalte von Mg17Al12 vermieden werden.In these tests, magnesium alloys in particular were found to be suitable, in which a Ca content in the range of about 0.05 to 0.2% by weight Ca was added to each 1% by weight Al present in order to separate out the Al 2 Ca. Phase. The Al 2 Ca phase proved to be more temperature stable than the Mg 17 Al 12 phase and was therefore able to hinder the grain growth during extrusion better than the Mg 17 Al 12 phase. The Mg 2 Si precipitation phase also prevented grain growth during extrusion better than the Mg 17 Al 12 phase. The addition of Ca to Al-free alloys led to the formation of Mg 2 Ca or Ca 5 Zn 2 precipitates. It was shown that the phase Mg 17 Al 12 , which normally appears in magnesium alloys containing Al, does cause a somewhat increased strength, but is also responsible for a lower elongation at break. Since this phase is even more brittle than the pure hexagonal Mg phase, higher levels of Mg 17 Al 12 should be avoided.
Mit den Beispielen wurde nachgewiesen, daß die erfindungsgemäßen
Magnesiumlegierungen zum Strangpressen günstig sind, aber sich grundsätzlich zusätzlich
oder alternativ zum Strangpressen auch zu anderen Arten des Umformens und weiteren
Verformens aufgrund ihrer Werkstoffeigenschaften eignen.
Rm
RP0,2
Rm
RP0,2
A
R m
R P0.2
R m
R P0.2
A
Bei den Tabellen 3a-f bedeuten "Guß" = Material im Gußzustand und "extr." = Gußmaterial,
das anschließend durch Homogenisieren und Strangpressen (Extrudieren) umgeformt
wurde, "B" = Beispiel, "VB" = Vergleichsbeispiel nach dem Stand der
Technik, wobei erfindungsgemäßes Beispiel "B" sind nur die mit der AM oder MN
bezogenen Legierungen zu betrachten.
%
MPa
MPa
%
MPa
MPa
%
J
J
MPa
MPa
MPa
F:Z
= A %
%
MPa
MPa
%
MPa
MPa
%
J
J
%
MPa
MPa
%
MPa
MPa
%
J
J
MPa
MPa
MPa
Q: Z
= A%
%
MPa
MPa
%
MPa
MPa
%
J
J
Claims (12)
- Magnesium alloy which contains 0.2 to 4% by weight of Mn and 0.2 to 6% by weight of Ca and/or 0.1 to 6% by weight of Sr and may contain additions or traces of Cd amounting to less than 1.8% by weight and traces of up to 0.1% by weight of Cu, and also up to 0.05% by weight of Fe and up to 0.005% by weight of Ni, the remaining components of the magnesium alloy consisting of magnesium and inevitable impurities, produced by extrusion or forging with a degree of deformation of at least 1.5 with dynamic recrystallization and with a fine-grained microstructure with a mean grain size of at most 25 µm being formed, its compressive strength being at least 300 MPa, its impact energy, measured on unnotched specimens, being at least 20 J and its elongation at break, measured on tensile specimens, being at least 15%.
- Magnesium alloy based on AM (aluminium/manganese) or MA (manganese/aluminium), which contains 0.5 to 10% by weight of Al and 0.1 to 4% by weight of Mn as well as in each case 0.1 to 6% by weight of Ca and/or Sr, and which may contain additions or traces of Cd amounting to less than 1.8% by weight and traces of up to 0.1% by weight of Cu, and also up to 0.05% by weight of Fe and up to 0.005% by weight of Ni, the remaining components of the magnesium alloy consisting of magnesium and inevitable impurities, produced by extrusion or forging with a degree of deformation of at least 1.5 with dynamic recrystallization and with a fine-grained microstructure with a mean grain size of at most 25 µm being formed, its compressive strength being at least 320 MPa, its impact energy, measured on unnotched specimens, being at least 40 J and its elongation at break, measured on tensile specimens, being at least 16%.
- Magnesium alloy according to one of the preceding claims, characterized in that it has a plastic stress component, determined in a tensile test using the stress-strain diagram from the difference between tensile stress and yield stress, of at least 40 MPa.
- Magnesium alloy according to one of the preceding claims, characterized in that it has a microstructure with a mean grain size of no more than 20 µm.
- Magnesium alloy according to one of the preceding claims, characterized in that it is deformed and has a fine-grained, dynamically recrystallized microstructure and also a precipitated phase content of no more than 5% by volume.
- Process for producing a magnesium alloy according to at least one of the preceding claims, characterized in that a pre-shaped or compacted shaped body is produced and is dynamically recrystallized by working and/or forming.
- Process according to Claim 6, characterized in that the formed and/or worked shaped body is machined or processed to form a semi-finished product and/or a component produced from or with this semi-finished product.
- Process according to Claim 6 or 7, characterized in that the semi-finished product produced or the component produced from or with the semi-finished product is straightened, deformed further, e.g. by bending, pressing, metal spinning, stretch-forming, deep-drawing, hydroforming or roll-forming, machined, joined and/or surface-treated.
- Process according to Claim 7 or 8, characterized in that the semi-finished product or the component produced therefrom or therewith is connected to a component or semi-finished product of similar or different type by means of at least one low-heat joining process, such as for example adhesive bonding, riveting, stretching, pressing-on, pressing-in, clinching, folding, shrinking or screw connection and/or at least one heat-introducing joining process, such as for example composite casting, composite forging, composite extrusion, composite rolling, soldering or welding, in particular beam welding or fusion welding.
- Semi-finished product made from a magnesium alloy or component produced therefrom or therewith, or assembly including a component or semi-finished product of this type, characterized in that it has been produced as described in at least one of the preceding claims.
- Use of a magnesium alloy produced as described in at least one of Claims 6 to 9 as a rim, a transmission casing, a steering wheel skeleton, a wishbone, a frame element, an element of a vehicle cell or a vehicle outer skin, a vehicle cell or a vehicle outer skin, a cockpit beam, a cockpit skin, a housing, a floor element, a floor, a flap, a tank element, a tank flap, a holder, a support, a beam, a corner, a hollow profiled section, a tube, a deformation element, a crash element, a crash absorber, a shock absorber, an impact shield, an impact support, a small part, as a welded profiled-section structure, for the vehicle body, for seat, window and/or door frames, as a semi-finished product, component or assembly on or in an automobile or aircraft.
- Use of a semi-finished product made from a magnesium alloy as described in one of Claims 1 to 9, of a component produced therefrom or therewith and/or of an assembly having at least one semi-finished product and/or component of this type as a rim, a transmission casing, a steering wheel skeleton, a wishbone, a frame element, an element of a vehicle cell or a vehicle outer skin, a cockpit beam, a housing, a floor element, a flap, a tank element, a tank flap, a holder, a support, a beam, a corner, a hollow profiled section, a tube, a deformation element, a crash element, a crash absorber, a shock absorber, an impact shield, an impact support, a small part, as a welded profiled-section structure, for the vehicle body, for seat, window and/or door frames, as a semi-finished product, component or assembly on or in an automobile or aircraft.
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