EP2984201B1 - Verfahren zur hestellung einer aluminiumfreien magnesiumlegierung - Google Patents

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EP2984201B1
EP2984201B1 EP14723691.3A EP14723691A EP2984201B1 EP 2984201 B1 EP2984201 B1 EP 2984201B1 EP 14723691 A EP14723691 A EP 14723691A EP 2984201 B1 EP2984201 B1 EP 2984201B1
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magnesium alloy
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    • C22C23/00Alloys based on magnesium
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/06Changing 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 method for producing an aluminum-free magnesium alloy, which is used for the production of extruded, continuously cast or die-cast semi-finished products or components and of sheet metal.
  • Magnesium alloys are lightweight materials that have a very low weight compared to the alloys of other metals and are used where a low weight plays an important role, especially in automotive engineering, engine construction and aerospace engineering.
  • magnesium alloys are of great interest as metallic construction materials, especially for vehicle and aircraft construction.
  • Weight reduction is particularly important in vehicle construction because additional elements are being installed due to increasing comfort and safety standards.
  • Lightweight construction is also important for the construction of energy-saving vehicles.
  • the processes - master forms by die casting as well as forming by extrusion, forging, rolling, stretching or deep drawing are becoming increasingly important. These processes can be used to manufacture lightweight components for which there is growing demand, particularly in vehicle construction.
  • the prior art includes alloys with advantageous mechanical properties, in particular with high tensile strength.
  • a magnesium alloy consisting of a composition of 0.5 to 10% of metals from the rare earth group, the remainder of magnesium with the proviso that the rare earths are at least 50%, preferably at least 75% neodymium, at most up to 25% lanthanum and Cerium separately or together and composed of praseodymium and small amounts of samarium and traces of the elements of the yttrium group as the remainder, with one or more of the following elements manganese, aluminum, calcium, thorium, mercury, beryllium, zinc, cadmium and zirconium being added.
  • a magnesium alloy which contains 2 to 8% of rare earth metals, the rare earth metal consisting of samarium.
  • magnesium alloys with advantageous mechanical properties include alloys which contain zinc and mixtures of rare earth metals which have a high proportion of cerium. Such an alloy contains about 4.5% by weight of zinc and about 1.0% by weight of rare earths, which have a high proportion of cerium. These alloys can achieve good mechanical properties, but are difficult to cast, making it difficult to cast parts of satisfactory quality. Welding can be difficult with complex composite parts.
  • Alloys with improved castability can be obtained through higher additions of zinc and rare earths. But these tend to be brittle. This can be avoided by a hydrating treatment, but this makes the production more expensive.
  • Magnesium alloys with a higher content of components of other metals, e.g. Aluminum and zinc, which solidify in fine-grained form, are much worse in terms of corrosion properties than pure magnesium or magnesium-manganese alloys.
  • the known magnesium alloys have the most diverse disadvantages.
  • the US 6 544 357 discloses a magnesium and aluminum alloy containing 0.1 or 0.2% by weight up to 30 or 40% by weight of La, Ce, Pr, Nd, Sm, Ti, V, Cr, Mu, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Al, Ga, Si, B, Be, Ge, and Sb, among other elements.
  • the range of alloys that could possibly be produced here is so wide and unmanageable that it is impossible for a person skilled in the art to get hold of the alloy which is claimed below.
  • hot cracks can occur after casting in a casting process with a high cooling rate, for example during injection molding.
  • the strength decreases at higher temperatures.
  • the cold formability of the most common magnesium alloys is limited due to the hexagonal crystal structure and the low ductility. Most magnesium alloys behave brittle at room temperature. For certain forming processes for the production of semi-finished products from magnesium alloys, in addition to high tensile strength, ductile behavior is necessary. A higher ductility enables an improved forming and deformation behavior, possibly also a higher strength and toughness.
  • magnesium alloys have widely varying properties with the production state.
  • Another disadvantage in the production of magnesium alloys is that metallic manganese is difficult to dissolve in the magnesium melt or takes a long time to dissolve.
  • the object of the invention is to provide a method for producing an aluminum-free magnesium alloy which is suitable for the production of sheet metal, welding wire, extruded and / or die-cast profiles or components, that is to say the good deformation properties, high corrosion resistance, improved weldability , high yield strength and good cold formability.
  • Manganese (II) chlorides are used as manganese compounds.
  • Mozanite is used as the phosphorus compound.
  • the magnesium alloy has a yield strength Rp 0.2 of at least 120 Mpa and good strength properties over a larger temperature range and a high creep resistance with sufficient ductility.
  • the magnesium alloy produced in this way can be used for the production of metal sheets, semi-finished products or extruded and / or die-cast parts and profiles, and for the production of welding wires.
  • Special parts preferably for use in vehicle construction, train construction, shipbuilding and aircraft construction, such as seat, window or door frames, vehicle outer skins, housings, carriers, holders, supports and other small parts can then be produced from this.
  • a magnesium alloy for processing on extrusion plants results if these are made of aluminum-free magnesium Add 1.0 wt% cerium, 0.5 wt% lanthanum, 0.10 wt% scandium and 2.0 wt% manganese (II) chloride.
  • Another magnesium alloy results if it is made from aluminum-free magnesium by adding 1.0% by weight of cerium, 0.5% by weight of lanthanum, and 2.0% by weight of manganese (II) chloride and 0.1% by weight of monazite.
  • the alloys with this composition are characterized by good corrosion resistance, improved cold forming behavior, lower hot creep behavior and a high yield strength.
  • This magnesium alloy can be used in particular for the production of metal sheets, extruded and / or die-cast profiles or components, and for drawn welding wires.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer aluminiumfreien Magnesiumlegierung, die Verwendung zur Herstellung stranggepreßter, stranggegossener oder druckgegossener Halbzeuge bzw. Bauteile sowie von Blechen findet.
  • Magnesiumlegierungen sind Leichtbauwerkstoffe, die im Vergleich zu den Legierungen anderer Metalle ein sehr niedriges Gewicht haben und finden dort Anwendung, wo ein niedriges Gewicht eine bedeutsame Rolle spielt, insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik, im Motorenbau und in der Luft- und Raumfahrttechnik.
  • Bei sehr guten Festigkeitseigenschaften und einem geringen spezifischen Gewicht sind Magnesiumlegierungen als metallische Konstruktionsmaterialien vor allem für den Fahrzeug- und Flugzeugbau von hohem Interesse.
  • Gerade im Fahrzeugbau wird eine Reduzierung des Gewichts benötigt, da aufgrund steigender Komfort- und Sicherheitsstandards zusätzliche Elemente eingebaut werden. Auch ist der Leichtbau für die Konstruktion von energiesparenden Fahrzeugen von Bedeutung. Bei der Verarbeitung von Magnesiumwerkstoffen kommt den Verfahren - Urformen durch Druckgießen sowie Umformen durch Strangpressen, Schmieden, Walzen, Streck- oder Tiefziehen eine wachsende Bedeutung zu. Mit diesen Verfahren lassen sich Leichtbauteile herstellen, für die insbesondere im Fahrzeugbau wachsender Bedarf besteht.
  • Zum Stand der Technik gehören Legierungen mit vorteilhaften mechanischen Eigenschaften, insbesondere mit hoher Zugfestigkeit.
  • Bekannt ist aus der DE 806 055 eine Magnesiumlegierung, die durch eine Zusammensetzung von 0,5 bis 10 % Metalle der Gruppe Seltenerden, Rest Magnesium mit der Maßgabe, daß die Seltenerden sich wenigstens zu 50 %, vorzugsweise wenigstens zu 75 % aus Neodym, höchstens bis zu 25 % aus Lanthan und Cer getrennt oder zusammen und aus Praseodym und kleinen Mengen Samarium und Spuren der Elemente der Yttriumgruppe als Rest zusammensetzen, wobei eins oder mehrere der nachfolgenden Elemente Mangan, Aluminium, Calzium, Thorium, Quecksilber, Beryllium, Zink, Kadmium und Zirkon zugesetzt werden.
  • Aus der DE 42 08 504 A1 ist eine Magnesiumlegierung bekannt, die 2 bis 8 % Seltenerdmetalle enthält, wobei das Seltenerdmetall aus Samarium besteht.
  • Weitere bekannte Magnesiumlegierungen mit vorteilhaften mechanischen Eigenschaften umfassen Legierungen, welche Zink und Mischungen von Metallen Seltener Erden enthalten, die einen hohen Anteil an Cer aufweisen. Eine solche Legierung enthält etwa 4,5 Gew% Zink und etwa 1,0 Gew% Seltener Erden, welche einen hohen Anteil Cer aufweisen. Diese Legierungen können gute mechanische Eigenschaften erreichen, sind jedoch schlecht gießbar, so daß es schwierig ist, Teile von zufriedenstellender Qualität zu gießen. Bei komplizierten zusammengesetzten teilen kann das Schweißen auf Schwierigkeiten stoßen.
  • Legierungen mit verbesserter Gießbarkeit können durch höhere Zusätze an Zink und Seltenen Erden erhalten werden. Diese neigen aber dazu, spröde zu sein. Dies kann durch eine hydrierende Behandlung vermieden werden, was aber die Herstellung verteuert.
  • Magnesiumlegierungen mit höherem Gehalt an Komponenten anderer Metalle, wie z.B. Aluminium und Zink, die an sich feinkörnig erstarren, liegen bezüglich ihrer Korrosionseigenschaften wesentlich schlechter als reines Magnesium oder Magnesium-Mangan-Legierungen.
  • Aus der DE 1 433 108 A1 ist eine siliciumhaltige, korrosionsbeständige Magnesiumlegierung mit feinkörnigen Erstarrungsgefüge bekannt. Neben Silicium sind der Magnesiumlegierung Mangan, Zink, Titan und als weitere Legierungskomponenten Aluminium, Kadmium und Silber zugesetzt.
  • Weitere Legierungen, die neben dem Hauptbestandteil Magnesium, Mangan und weitere Elemente wie Aluminium, Kupfer, Eisen, Nickel, Calzium u. a. enthalten, sind beispielsweise aus den DE 199 15 276 A1 , DE 196 38 764 A1 , DE 679 156 , DE 697 04 801 T2 , DE 44 46 898 A1 bekannt.
  • Die bekannten Magnesiumlegierungen weisen die unterschiedlichsten Nachteile auf.
  • Die US 6 544 357 offenbart eine Magnesium- und Aluminiumlegierung, die 0,1 oder 0,2 Gewichts% bis zu 30 oder 40 Gewichts% La, Ce, Pr, Nd, Sm, Ti, V, Cr, Mu, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Al, Ga, Si, B, Be, Ge, und Sb, nebst anderen Elementen, enthalten. Die Bandbreite der Legierungen, die hier möglicherweise hergestellt werden könnten, ist so breitgefächert und unüberschaubar, dass es für einen Fachmann unmöglich ist, bei der Legierung, die im nachfolgenden beansprucht wird, anzugelangen.
  • Bei Anwesenheit von Calzium können Warmrisse nach dem Gießen in einem Gußverfahren mit hoher Abkühlgeschwindigkeit, beispielsweise beim Spritzguß, entstehen. Bei Legierungen, die Magnesium-Aluminium-Zink-Mangan- bzw. Magnesium-Aluminium-Mangan enthalten, vermindert sich die Festigkeit bei höheren Temperaturen.
  • Insgesamt verschlechtert sich das Umformverhalten, die Schweißbarkeit oder die Korrosionsbeständigkeit.
  • Die Kaltverformbarkeit der gebräuchlichsten Magnesiumlegierungen ist aufgrund der hexagonalen Kristallstruktur und der geringen Duktilität begrenzt. Die meisten Magnesiumlegierungen verhalten sich bei Raumtemperatur spröde. Für bestimmte Umformverfahren zur Herstellung von Halbzeugen aus Magnesiumlegierungen ist neben einer hohen Zugfestigkeit ein duktiles Verhalten notwendig. Durch eine höhere Duktilität ist ein verbessertes Umform- und Deformationsverhalten möglich, gegebenenfalls auch eine höhere Festigkeit und Zähigkeit.
  • Viele der bekannten Magnesiumlegierungen weisen mit dem Herstellzustand stark variierende Eigenschaften auf. Ein weiterer Nachteil bei der Herstellung von Magnesiumlegierungen liegt darin, daß metallisches Mangan in der Magnesiumschmelze schwer löslich bzw. einen langen Zeitraum benötigt, um in Lösung zu gehen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer aluminiumfreien Magnesiumlegierung anzugeben, die für die Herstellung von Blechen, Schweißdraht, Strangpreß- und/oder Druckgußprofilen bzw. -bauteilen geeignet ist, das heißt, die gute Verformungseigenschaften, eine hohe Korrosionsbeständigkeit, verbesserte Schweißbarkeit, hohe Streckgrenze sowie eine gute Kaltumformbarkeit besitzt.
  • Erfindungsgemäß wird dies gelöst durch Verfahren nach Anspruch 1 oder 2.
  • Als Manganverbindungen wird Mangan (II) Chloride eingesetzt.
  • Als Phosphorverbindung wird Mozanite eingesetzt.
  • Phosphor erhöht in Legierungen die Zugfähigkeit, die Härte und die Korrosionsbeständigkeit.
  • Die Magnesiumlegierung weist eine Streckgrenze Rp 0,2 von mindestens 120 Mpa auf sowie gute Festigkeitseigenschaften über einen größeren Temperaturbereich und einen hohen Kriechwiderstand, bei einer ausreichenden Verformbarkeit.
  • Die so hergestellte Magnesiumlegierung kann Anwendung finden, für die Herstellung von Blechen, Halbzeugen oder Strangpreß- und/oder Druckgußteilen und - profilen sowie zur Herstellung von Schweißdrähten. Daraus können dann spezielle Teile, vorzugsweise für die Anwendung im Fahrzeugbau, Zugbau, Schiffbau und Flugzeugbau, wie Sitz-, Fenster- oder Türrahmen, Fahrzeugaußenhäute, Gehäuse, Träger, Halterungen, Stützen und andere Kleinteile hergestellt werden.
  • Eine Magnesiumlegierung für die Verarbeitung auf Strangpreßanlagen ergibt sich, wenn diese aus aluminiumfreien Magnesium durch Zugeben von 1,0 Gew% Cer, 0,5 Gew% Lanthan, 0,10 Gew% Scandium und 2,0 Gew% Mangan (II) Chlorid hergestellt wird.
  • Eine weitere Magnesiumlegierung ergibt sich, wenn diese aus aluminiumfreien Magnesium durch Zugeben von 1,0 Gew% Cer, 0,5 Gew% Lanthan, und 2,0 Gew% Mangan (II) Chlorid sowie 0,1 Gew% Monazit hergestellt wird.
  • Die Legierungen mit dieser Zusammensetzung zeichnen sich durch eine gute Korrosionsbeständigkeit, ein verbessertes Kaltumformverhalten, ein geringeres Warmkriechverhalten sowie durch eine hohe Streckgrenze aus.
  • Diese Magnesiumlegierung kann insbesondere für die Herstellung von Blechen, von Strangpreß- und/oder Druckgußprofilen bzw. -bauteilen sowie für gezogene Schweißdrähte verwendet werden.

Claims (2)

  1. Verfahren zur Herstellung einer aluminiumfreien Magnesiumlegierung durch Zugeben von 1.0 Gew.% Cer, 0.5 Gew.% Lanthan, 0.10 Gew.% Scandium und 2.0 Gew.% Mangan(II)Chlorid zu aluminiumfreiem Magnesium.
  2. Verfahren zur Herstellung einer aluminiumfreien Magnesiumlegierung durch Zugeben von 1.0 Gew.% Cer, 0.5 Gew.% Lanthan, 2.0 Gew.% Mangan(ll)chlorid sowie 0.1 Gew.% Monazit zu aluminiumfreiem Magnesium.
EP14723691.3A 2013-04-10 2014-04-08 Verfahren zur hestellung einer aluminiumfreien magnesiumlegierung Active EP2984201B1 (de)

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