EP1418247B1 - Magnesiumlegierung - Google Patents
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Classifications
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- 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 a magnesium alloy.
- Magnesium alloys containing aluminum are used to cast a wide variety of components.
- calcium, strontium and rare earth elements are added as further alloy constituents.
- the casting properties of the known alloy are still unsatisfactory, i. it has too high a tendency to crack and a high volume deficit. Also, the creep and hot tensile strength of the known alloy leaves much to be desired.
- the object of the invention is to provide a magnesium alloy which has been improved with respect to its creeping, hot-drawing and pouring properties.
- the aluminum content of the alloy according to the invention is preferably 5-8, in particular 5.6-6.4% by weight, the strontium content preferably 1.5-3.5, in particular 2.0-2.6% by weight, and the barium content is preferably 0.1-1.5, especially 0.2-1% by weight.
- Al increases the strength and hardness of Mg. While with an aluminum content of less than 4%, the high viscosity deteriorates the castability of the alloy, with phases containing more than 9% aluminum, which leads to embrittlement.
- the combination of the alloying elements aluminum, strontium and barium in the o.
- Quantities leads to a significant improvement in the creep, hot tensile and casting properties of the alloy. With a strontium content of less than 0.5% and a barium content of less than 0.03%, however, no noticeable increase in these properties is observed. In contrast, a strontium content of more than 4% and a barium content of more than 2.5% leads to a significant deterioration in the castability.
- low Fe, Cu and Ni contents in magnesium alloys are usually included as unavoidable impurities.
- the Fe content is at most 0.004%, the Cu content at a maximum of 0.01% and the Ni content at a maximum of 0.001%.
- the alloy according to the invention may contain 0-0.3% zinc and 0-0.60% manganese. Zinc in combination with A1 increases strength.
- the alloy can contain a maximum of 0.05% silicon.
- the alloy according to the invention thus 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 Remaining Mg and production-related impurities.
- the alloy according to the invention has a high creep strength and hot tensile strength. In addition, it has excellent casting properties. For example, computer tomography revealed a very low volume deficit in the cast components. It also has a significantly reduced tendency to crack.
- the alloy of the invention is particularly suitable for die casting. However, it can also be used in other casting processes, in particular also in sand casting or chill casting.
- the alloy according to the invention is suitable above all for motor vehicle components, in particular in the drive train, for example for the cylinder crankcase of a liquid-cooled internal combustion engine or for the transmission housing.
- a commercially available AM60 alloy (4.6-5.4% A1, 0.26-0.50% Mn, 0.20% maximum Zn, 0.05% Si max, 0.008% Cu, max. 0.001% Ni, max 0.004% Fe, balance Mg) were with a Ba / Al master alloy (50% Ba; 50% Al) and with strontium metal (99.99%) alloyed the remaining alloying constituents so as to obtain an alloy having the following composition: 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 Rest of magnesium
- tensile specimens according to DIN 50125-B6x30 were produced from the alloy.
- the hot tensile strength was determined at the test temperature 100 ° C and 150 ° C, each with three samples. At 100 ° C, the tensile strength is 290 MPa, at 150 ° C 163 MPa, the 0.2% elongation limit is 131 MPa at 100 ° C and 108 Mpa at 150 ° C.
- the commercial magnesium alloy AM60 with 4.6 - 5.4% Al and the other ingredients specified in the specified amounts has a tensile strength of 200 MPa at 100 ° C and 150 MPa at 150 ° C and a 0.2% elongation limit at 100 ° C of 120 MPa and at 150 ° C of 70 MPa.
- the creep strain measurement was carried out according to DIN EN10291 on creep tests without heat treatment with a diameter of 6 mm and a parallel measuring length of 25 mm.
- the stress level is 50 MPa
- the test temperature is 150 ° C.
- a creep strain of 0.14% was measured.
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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.
- 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. - 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.
- Aufgabe der Erfindung ist es, eine hinsichtlich ihrer Kriech-, Warmzug- und Gießeigenschaften verbesserte Magnesiumlegierung bereitzustellen.
- Dies wird erfindungsgemäß durch die Legierung nach dem Anspruch 1 erreicht. Der Aluminiumgehalt der erfindungsgemäßen Legierung beträgt vorzugsweise 5 - 8, insbesondere 5,6 - 6,4 Gewichts-%, der Strontiumgehalt vorzugsweise 1,5 - 3,5, insbesondere 2,0 - 2,6 Gewichts-%, und der Bariumgehalt vorzugsweise 0,1 - 1,5, insbesondere 0,2 - 1 Gewichts-%.
- 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.
- 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.
- 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 %.
- 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.
- 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 - 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.
- Die erfindungsgemäße Legierung ist insbesondere für den Druckguss geeignet. Sie kann jedoch auch in anderen Gießverfahren eingesetzt werden, insbesondere auch im Sandguss oder Kokillenguss.
- Die erfindungsgemäße Legierung ist vor allem für Kraftfahrzeugkomponenten geeignet, insbesondere im Antriebsstrang, beispielsweise für das Zylinderkurbelgehäuse einer flüssig gekühlten Brennkraftmaschine oder für das Getriebegehäuse.
- Das nachstehende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.
- 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-% - 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.
- 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.
- 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 %.
Claims (6)
- Legierung auf Magnesiumbasis, enthaltend in Gewichts-%:
Aluminum 4 - 9 % Strontium 0,5 - 4 % Barium 0,03 - 2,5 %, sowie fakultativ Zink 0 - 0,30 % Mangan 0 - 0,60 % Silizium 0 - 0,05 %, - Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Alumiumgehalt 5 - 8 Gewichts-% beträgt.
- Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strontiumgehalt 1,5 - 3,5 Gewichts-% beträgt.
- Legierung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bariumgehalt 0,2 - 1,5 Gewichts-% beträgt.
- Legierung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Verunreinigungen die Elemente Fe ≤ 0,004 %, CU ≤ 0,01 % und Ni ≤ 0,001 % begrenzt werden.
- Verwendung der Legierung nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Druckgießen des Kurbelgehäuses oder Getriebegehäuses eines Kraftfahrzeuges.
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