EP1418247A1 - Magnesium alloy - Google Patents

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EP1418247A1
EP1418247A1 EP20030022658 EP03022658A EP1418247A1 EP 1418247 A1 EP1418247 A1 EP 1418247A1 EP 20030022658 EP20030022658 EP 20030022658 EP 03022658 A EP03022658 A EP 03022658A EP 1418247 A1 EP1418247 A1 EP 1418247A1
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • 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

Abstract

Alloy based on magnesium contains 4-9 wt.% aluminum, 0.5-4 wt.% strontium, and 0.03-2.5 wt.% barium.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnesiumlegierung. Magnesiumlegierungen, die Aluminium enthalten, werden zum Gießen unterschiedlichster Bauteile verwendet. Um ihre Kriech- und Warmzugfestigkeit zu erhöhen, werden als weitere Legierungsbestandteile Calcium, Strontium und Selten-Erdelemente zugesetzt.The invention relates to a magnesium alloy. Magnesium alloys containing aluminum are used for Casting various components used. To yours Creep and hot tensile strength are called further alloy components calcium, strontium and Rare earth elements added.

So ist aus US 6,322,644 eine Magnesiumlegierung bekannt, die 2 - 9 % Aluminium und 0,5 - 7 % Strontium enthält, ferner gegebenenfalls bis 0,60 % Mangan und bis 0,35 % Zink.A magnesium alloy is known from US Pat. No. 6,322,644, which contains 2 - 9% aluminum and 0.5 - 7% strontium, furthermore optionally up to 0.60% manganese and up to 0.35% Zinc.

Allerdings sind die Gusseigenschaften der bekannten Legierung noch nicht zufriedenstellend, d. h. sie besitzt eine zu hohe Warmrissneigung und ein zu hohes Volumendefizit. Auch lässt die Kriech- und Warmzugfestigkeit der bekannten Legierung noch zu wünschen übrig.However, the casting properties are known Alloy not yet satisfactory, i. H. she owns too high a tendency to crack and too high Volume deficit. Also lets the crawl and Warm tensile strength of the known alloy still to be desired left.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine hinsichtlich ihrer Kriech-, Warmzug- und Gießeigenschaften verbesserte Magnesiumlegierung bereitzustellen.The object of the invention is one in terms of their Creep, warm draft and casting properties improved To provide magnesium alloy.

Dies wird erfindungsgemäß durch eine Legierung auf Magnesiumbasis errreicht, die 4 - 9, vorzugsweise 5 - 8, insbesondere 5,6 - 6,4 Gewichts-% Aluminium, 0,5 - 4, vorzugsweise 1,5 - 3,5, insbesondere 2,0 - 2,6 Gewichts-% Strontium und 0,03 - 2,5, vorzugsweise 0,1 - 1,5, insbesondere 0,2 - 1 Gewichts-% Barium enthält. According to the invention, this is due to an alloy Magnesium base achieved, the 4-9, preferably 5-8, in particular 5.6 - 6.4% by weight aluminum, 0.5 - 4, preferably 1.5 - 3.5, in particular 2.0 - 2.6% by weight Strontium and 0.03-2.5, preferably 0.1-1.5, contains in particular 0.2-1% by weight barium.

Al erhöht die Festigkeit und Härte von Mg. Während bei einem Aluminiumgehalt von weniger als 4 % sich durch die hohe Viskosität die Gießbarkeit der Legierung verschlechtert, treten bei einem Aluminiumgehalt von über 9 % Phasen auf, die zu einer Versprödung führen.Al increases the strength and hardness of Mg an aluminum content of less than 4% high viscosity the castability of the alloy deteriorated, occur with an aluminum content of over 9 % Phases leading to embrittlement.

Die Kombination der Legierungselemente Aluminium, Strontium und Barium in den o. a. Mengen führt zu einer deutlichen Verbesserung der Kriech-, Warmzug- und Gießeigenschaften der Legierung. Bei einem Strontiumgehalt von weniger als 0,5 % und einem Bariumgehalt von weniger als 0,03 % ist jedoch keine spürbare Erhöhung dieser Eigenschaften mehr festzustellen. Demgegenüber führt ein Strontiumgehalt von mehr als 4 % und ein Bariumgehalt von mehr als 2,5 % zu einer deutlichen Verschlechterung der Gießbarkeit.The combination of the alloy elements aluminum, strontium and barium in the above Quantities leads to a clear Improvement of creep, warm draft and casting properties the alloy. With a strontium content of less than 0.5% and a barium content of less than 0.03% however, no more noticeable increase in these properties determine. In contrast, a strontium content of more than 4% and a barium content of more than 2.5% too a significant deterioration in castability.

Eisen, Kupfer und Nickel führen zu einer deutlichen Herabsetzung der Korrosionsfestigkeit. Andererseits sind geringe Fe-, Cu- und Ni-Gehalte in Magnesiumlegierungen meist als unvermeidbare Verunreinigungen enthalten. Vorzugsweise liegt der Fe-Gehalt jedoch bei maximal 0,004 %, der Cu-Gehalt bei maximal 0,01 % und der Ni-Gehalt bei maximal 0,001 %.Iron, copper and nickel lead to a clear Reduced corrosion resistance. On the other hand low Fe, Cu and Ni contents in magnesium alloys mostly contained as unavoidable impurities. However, the Fe content is preferably at most 0.004 %, the Cu content at a maximum of 0.01% and the Ni content at maximum 0.001%.

Zudem kann die erfindungsgemäße Legierung 0 - 0,3 % Zink und 0 - 0,60 % Mangan enthalten. Zink führt in Kombination mit A1 zur Erhöhung der Festigkeit. Zudem kann die Legierung maximal 0,05 % Silizium enthalten.In addition, the alloy according to the invention can contain 0-0.3% zinc and contain 0-0.60% manganese. Zinc works in combination with A1 to increase strength. In addition, the Alloy contain a maximum of 0.05% silicon.

Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Legierung also folgende Zusammensetzung in Gewichts-% auf:

Al
4 - 9
Sr
0,5 - 4
Ba
0,03 - 2,5
Zn
max. 0,30
Mn
max. 0,60
Si
max. 0,05
Fe
> 0,004
Cu
> 0,01
Ni
> 0,001
Rest Mg und herstellungsbedingte Verunreinigungen.The alloy according to the invention therefore preferably has the following composition in% by weight:
al
4 - 9
Sr
0.5 - 4
Ba
0.03-2.5
Zn
Max. 0.30
Mn
Max. 0.60
Si
Max. 0.05
Fe
> 0.004
Cu
> 0.01
Ni
> 0.001
Balance Mg and manufacturing-related impurities.

Die erfindungsgemäße Legierung weist eine hohe Kriechfestigkeit und Warmzugfestigkeit auf. Zudem besitzt sie hervorragende Gießeigenschaften. So wurde mit Computertomographie ein sehr geringes Volumendefizit in den gegossenen Bauteilen festgestellt. Auch besitzt sie eine deutliche reduzierte Warmrissneigung.The alloy according to the invention has a high Creep resistance and hot tensile strength. Also owns they have excellent casting properties. So was with Computed tomography has a very low volume deficit in the cast components found. She also has one significantly reduced tendency to crack.

Die erfindungsgemäße Legierung ist insbesondere für den Druckguss geeignet. Sie kann jedoch auch in anderen Gießverfahren eingesetzt werden, insbesondere auch im Sandguss oder Kokillenguss.The alloy according to the invention is particularly for the Suitable for die casting. However, it can also be used in others Casting methods are used, especially in Sand casting or permanent mold casting.

Die erfindungsgemäße Legierung ist vor allem für Kraftfahrzeugkomponenten geeignet, insbesondere im Antriebsstrang, beispielsweise für das Zylinderkurbelgehäuse einer flüssig gekühlten Brennkraftmaschine oder für das Getriebegehäuse.The alloy according to the invention is primarily for Motor vehicle components suitable, especially in Powertrain, for example for the Cylinder crankcase of a liquid-cooled Internal combustion engine or for the gearbox.

Das nachstehende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.The example below is for further explanation the invention.

Beispiel:Example:

Einer handelsüblichen AM60-Legierung (4,6 - 5,4 % A1; 0,26 - 0,50 % Mn; max. 0,20 % Zn; max. 0,05 % Si; max. 0,008 % Cu; max. 0,001 % Ni; max. 0,004 % Fe; Rest Mg) wurden mit einer Ba/Al-Vorlegierung (50 % Ba; 50 % Al) und mit Strontium-Metall (99,99 %) die übrigen Legierungsbestandteile so zulegiert, dass eine Legierung mit der nachstehenden Zusammensetzung erhalten wurde:

Al
5,6 - 6,4 Gewichts-%
Sr
2,1 - 2,5 Gewichts-%
Ba
0,2 - 1,0 Gewichts-%
Mn
0,3 - 0,4 Gewichts-%
Rest MagnesiumA commercially available AM60 alloy (4.6 - 5.4% A1; 0.26 - 0.50% Mn; max. 0.20% Zn; max. 0.05% Si; max. 0.008% Cu; max. 0.001% Ni; max.0.004% Fe; balance Mg) were alloyed with a Ba / Al master alloy (50% Ba; 50% Al) and with strontium metal (99.99%) so that an alloy with the following composition was obtained:
al
5.6 - 6.4% by weight
Sr
2.1 - 2.5% by weight
Ba
0.2 - 1.0% by weight
Mn
0.3 - 0.4% by weight
Balance magnesium

Zur Durchführung der Warmzugfestigkeitsversuche wurden aus der Legierung Zugproben nach DIN 50125-B6x30 hergestellt. Die Warmzugfestigkeit wurde bei der Prüftemperatur 100°C und 150°C mit jeweils drei Proben bestimmt. Bei 100°C beträgt die Zugfestigkeit 290 MPa, bei 150°C 163 MPa, die 0,2 % Dehn-Grenze beträgt bei 100°C 131 MPa und bei 150°C 108 Mpa.To carry out the hot tensile tests were carried out the alloy tensile specimens according to DIN 50125-B6x30. The hot tensile strength was 100 ° C at the test temperature and 150 ° C with three samples each. At 100 ° C the tensile strength is 290 MPa, at 150 ° C 163 MPa The 0.2% proof stress is 131 MPa at 100 ° C and at 150 ° C 108 MPa.

Demgegenüber weist die handelsübliche Magnesiumlegierung AM60 mit 4,6 - 5,4 % Al und den angegebenen weiteren Bestandteilen in den angegebenen Mengen (jedoch ohne Barium und ohne Strontium) eine Zugfestigkeit von 200 MPa bei 100°C und 150 MPa bei 150°C und eine 0,2 % Dehn-Grenze bei 100°C von 120 MPa und bei 150°C von 70 MPa auf.In contrast, the commercially available magnesium alloy AM60 with 4.6 - 5.4% Al and the specified others Ingredients in the amounts specified (but without barium and without strontium) a tensile strength of 200 MPa 100 ° C and 150 MPa at 150 ° C and a 0.2% proof stress at 100 ° C from 120 MPa and at 150 ° C from 70 MPa.

Die Kriechdehnungsmessung wurde nach DIN EN10291 an Zeitstandproben ohne Wärmebehandlung mit einem Durchmesser von 6 mm und einer parallelen Messlänge von 25 mm durchgeführt. Das Spannungsniveau liegt bei 50 MPa, die Prüftemperatur bei 150°C. Bei einer Prüfdauer von 120 Stunden wurde eine Kriechdehnung von 0,14 % gemessen. Demgegenüber beträgt die Kriechdehnung bei der erwähnten handelsüblichen Magnesiumlegierung ohne Barium und ohne Strontium unter den gleichen Bedingungen nach einer Prüfdauer von 120 Std. 2,2 %.The creep strain measurement was based on DIN EN10291 Creep tests without heat treatment with a diameter of 6 mm and a parallel measuring length of 25 mm carried out. The stress level is 50 MPa Test temperature at 150 ° C. With a test duration of 120 Hours of creep were measured at 0.14%. In contrast, the creep at the mentioned commercially available magnesium alloy without barium and without Strontium under the same conditions after a Test duration of 120 hours 2.2%.

Claims (5)

Legierung auf Magnesiumbasis, enthaltend in Gewichts-%:
Aluminum
4 - 9
Strontium
0,5 - 4
Barium
0,03 - 2,5
Magnesium based alloy containing% by weight:
Aluminum
4 - 9
strontium
0.5 - 4
barium
0.03-2.5
Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Alumiumgehalt 5 - 8 Gewichts-% beträgt.Alloy according to claim 1, characterized in that the aluminum content is 5-8% by weight. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strontiumgehalt 1,5 - 3,5 Gewichts-% beträgt.Alloy according to claim 1 or 2, characterized in that the strontium content is 1.5-3.5% by weight. Legierung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bariumgehalt 0,2 - 1,5 Gewichts-% beträgt.Alloy according to one of the preceding claims, characterized in that the barium content is 0.2-1.5% by weight. Verwendung der Legierung nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Druckgießen des Kurbelgehäuses oder Getriebegehäuses eines Kraftfahrzeuges.Use of the alloy according to one of the above Claims for die casting the crankcase or Gearbox housing of a motor vehicle.
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