NO121753B

NO121753B -

Info

Publication number: NO121753B
Application number: NO62768A
Authority: NO
Inventors: G Foerster
Original assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1967-12-04
Filing date: 1968-02-19
Publication date: 1971-04-05
Also published as: FR1555251A; DE1608136B2; DE1608136A1; GB1216377A; JPS494122B1

Description

Anvendelse av en magnesiumlegering for fremstilling Use of a magnesium alloy for manufacture

av presstøpte gjenstander som skal utsettes for brukstemperaturer av 93 - 204°C. of die-cast objects to be exposed to service temperatures of 93 - 204°C.

Oppfinnelsen vedrører■anvendelse av en magnesiumlegering som inneholder aluminium, silisium, mangan og eventuelt sink, mens resten utgjøres av magnesium, for fremstilling av presstøpte gjenstander. The invention relates to the use of a magnesium alloy containing aluminium, silicon, manganese and possibly zinc, while the rest is made up of magnesium, for the production of die-cast objects.

Den magnesiumbaserte legering som har nr. AZ80C ifølge A.S.T.M. og som inneholder fra 7,8 til 9,2% aluminium, minimum 0,15% mangan og fra 0,2 til 0,8 % sink, har vært brukt for mange konstruksjons-formål på grunn av sine utmerkede styrke-egenskaper. Imidlertid er slike legeringer utsatt for utstrakt siging etter lengre tidsrom ved forhøyede temperaturer, f.eks. 93-204°c, noe som til slutt fører til mangler ved gjenstanden. En magnesiumbasert presstøpelegering som inneholder 8,2 vekt% aluminium, 0,16 vekt% mangan og 0,57 vekt% sink, har f.eks. nåo r den utsettes for 352 kg/cm 2 sigepåokjenning i 100 timer ved 177°C, en sigeprosent på ca. 1/7 og kommer kort etter i et tredje stadium med siging og sprekkdannelse. Slike mangler skyldes også delvis legeringens relativt lave termiske ledningsevne, noe som krever at konstruksjonsdelen må operere ved høyere temperaturer, då varmen ikke ledes bort. The magnesium-based alloy having No. AZ80C according to A.S.T.M. and containing from 7.8 to 9.2% aluminium, a minimum of 0.15% manganese and from 0.2 to 0.8% zinc, has been used for many construction purposes due to its excellent strength properties. However, such alloys are subject to extensive curing after prolonged periods at elevated temperatures, e.g. 93-204°c, which eventually leads to defects in the object. A magnesium-based die-cast alloy containing 8.2 wt.% aluminum, 0.16 wt.% manganese and 0.57 wt.% zinc has e.g. when it is exposed to 352 kg/cm 2 seepage stress for 100 hours at 177°C, a seepage percentage of approx. 1/7 and comes shortly afterwards in a third stage with seepage and crack formation. Such defects are also partly due to the relatively low thermal conductivity of the alloy, which requires that the structural part must operate at higher temperatures, as the heat is not conducted away.

I overensstemmelse med oppfinnelsen unngås de ovennevnte ulemper ved anvendelse av en magnesiumlegering for presstøping, In accordance with the invention, the above-mentioned disadvantages are avoided by using a magnesium alloy for die casting,

idet legeringen inneholder 3,o-5,5 vekt% aluminium, 0,5-1,0 vekt% silisium, o,2-0,5 vekt% mangan, 0-1,0 vekt% sink, og resten er magnesium. Legeringen skal ved bruk utsettes for temperaturer mellom 93 og 204°C og må ved disse temperaturer oppvise god motstandsevne mot siging og god varmeledningsevne. the alloy containing 3.0-5.5% by weight aluminum, 0.5-1.0% by weight silicon, 0.2-0.5% by weight manganese, 0-1.0% by weight zinc, and the rest is magnesium. During use, the alloy must be exposed to temperatures between 93 and 204°C and at these temperatures must show good resistance to seepage and good thermal conductivity.

Ovennevnte legering er i nedenstående tabell I i sin sammensetning sammenlignet med kjente legeringer. The above-mentioned alloy is in Table I below in its composition compared to known alloys.

Av ovenstående vil det sees at, når det dreier seg om sammensetning From the above it will be seen that, when it comes to composition

av legeringene, overlapper bare fransk patent nr. 771.023 ved 0,5% of the alloys, only overlaps French Patent No. 771,023 at 0.5%

Si og B.P. 910.981 ved 3% Al. Med andre ord er legeringer som kan anvendes i henhold til oppfinnelsen, og som inneholder over 0,5% Si og over 3% Al, ikke foreslått i noen av de nevnte patentskrifter., Imidlertid viser det franske patent 0,5% Si bare sammen med 6,5% Al, Si and B.P. 910,981 at 3% Al. In other words, alloys which can be used according to the invention, and which contain more than 0.5% Si and more than 3% Al, are not proposed in any of the mentioned patents. However, the French patent shows 0.5% Si only together with 6.5% Al,

og B.P. 910.981 viser 3% Al bare sammen med 1,4% Si. Begge disse sammensetninger ligger utenfor rammen for legeringene i henhold til foreliggende oppfinnelse. Dessuten omtaler hverken det franske patent eller B.P. 910.981 presstøping, og det har vist seg at pres-støping av en legering som anvendes i henhold til oppfinnelsen, gir ekstraordinær forbedring med hensyn til styrkeegenskaper i forhold til de legeringer som kunne oppnås ved permanent formstøping. Dette fremgår av de sammenlignende tester som er angitt i nedenstående tabell II, under anvendelse av en legering med sammensetning 4,0% Al, 0,8 % Si, 0,3% Mn og resten Mg. and B.P. 910,981 shows 3% Al only together with 1.4% Si. Both of these compositions are outside the scope of the alloys according to the present invention. Moreover, neither the French patent nor the B.P. 910,981 die-casting, and it has been shown that die-casting of an alloy used according to the invention gives an extraordinary improvement with respect to strength properties in relation to the alloys that could be obtained by permanent mold casting. This is evident from the comparative tests indicated in table II below, using an alloy with a composition of 4.0% Al, 0.8% Si, 0.3% Mn and the rest Mg.

x 100 timer ved 177.°C og 0,35 kg/cm<2> trykk. x 100 hours at 177°C and 0.35 kg/cm<2> pressure.

Strekkflytegrense ansees å være den mest betydelige styrke-egenskap ved støping. Når det gjelder sammensetningen av en leger- Tensile yield strength is considered to be the most significant strength property in casting. When it comes to the composition of a doctor-

ing som kan brukes i henhold til oppfinnelsen, gir presstøping 2,2 ganger så stor strekkflytegrense som man ville få ved permanent formstøping. ing that can be used according to the invention, compression molding gives 2.2 times the tensile yield strength that would be obtained with permanent mold casting.

Det er også overraskende oppdaget at presstøpelegeringer som anvendes ifølge oppfinnelsen, er i besittelse av en enestående kombinasjon av mekaniske og termiske egenskaper som hittil har vært u-kjente i metallurgien. Dette skyldes øyensynlig delvis an fin dis-pergering av magnesiumsilisid, Mg^Si, i den magnesium-grunnmasse som oppnås ved presstøping, dvs. hurtig stivning av den smeltede legering. It has also surprisingly been discovered that die casting alloys used according to the invention possess a unique combination of mechanical and thermal properties which have hitherto been unknown in metallurgy. This is apparently partly due to a fine dispersion of magnesium silicide, Mg^Si, in the magnesium base mass obtained by die-casting, i.e. rapid solidification of the molten alloy.

Legeringer som anvendes i henhold til oppfinnelsen, adskiller Alloys used according to the invention separate

seg fra U.S .P. 3.162.552 og B.P. 974.571 ved presstøping og ved anvendelse av en legering med høyere aluminiuminnhdld. Anvendelsen av en legering som inneholder 3,0-5,5% Al sammenlignet med.lavere aluminiumkonsentrasjoner tilveiebringer et betydelig teknisk frem-skritt med hensyn til korrosjonsmotstand, styrkeegenskaper og støp-barhet. Defekter på grunn av svikt med hensyn.til å flyte tilfreds-stillende, for å fylle støpeformen opptrer i omtrent halvparten av presstøpingene som foretas med legeringer som inneholder ca. 1% Al. himself from the U.S.P. 3,162,552 and B.P. 974,571 by die-casting and by using an alloy with a higher aluminum content. The use of an alloy containing 3.0-5.5% Al compared to lower aluminum concentrations provides a significant technical advance with regard to corrosion resistance, strength properties and castability. Defects due to failure to flow satisfactorily to fill the mold occur in about half of the die castings made with alloys containing approx. 1% Al.

Det er innlysende at dette ikke ville kunne tolereres ved kommer-siell drift. Fordelene ved forbedrét korrosjonsmotstand og styrke-egenskaper kan sees fra dé følgende sammenligningsforsøk, som er angitt i nedenstående tabeller III og IV: It is obvious that this would not be tolerated in commercial operations. The benefits of improved corrosion resistance and strength properties can be seen from the following comparison tests, which are set out in Tables III and IV below:

Ved fremstilling av legeringene som anvendes i henhold til oppfinnelsen, kan det anvendes konvensjonell smelte-, legerings- og presstøpingsteknikker, slik de brukes av fagmannen, og ved bruk av de legerings- og basismetall-komponenter som inneholder de normale mengder og typer av forurensninger. In the production of the alloys used according to the invention, conventional melting, alloying and die-casting techniques can be used, as used by those skilled in the art, and using the alloy and base metal components that contain the normal amounts and types of impurities.

Det følgende eksempel er representativt for de magnesium-pres-støpelegeringer som anvendes i henhold til oppfinnelses,og er ikke ment å skulle oppfattes som en begrensning av oppfinnelsen. The following example is representative of the magnesium die-casting alloys used in accordance with the invention, and is not intended to be perceived as a limitation of the invention.

EKSEMPEL. EXAMPLE.

Forskjellige magnesiumlegeringer ble fremstilt på konvensjonell måte, helt opp i en "shot well" eller en presstøpemaskin og støpt ved 650-815°C i en kokille som var 10,2 cm bred, 17,7 cm lang og 2,5 cm høy og med en sentral forsterkning som var 12,7 cm lang og 0,5 cm i høyde og bredde. Det ble tatt prøver fra hver side av den sentrale forsterkning og undersøkt med hensyn på bøyelighet ved % forlengelse (% E), styrkeegenskaper ved strekkfasthet (TS) og strekkflytegrense (TYS) i 70,3 kg/cm 2, termisk ledningsevne ved den elektriske ledningsevne-konstant (K - mhos/cm 3) og sigemotstand ved % siging(% sig.) etter 100 timer ved 177°C under en på-kjenning av 352 kg/cm 2. Tabell V gjengir resultatene av disse prøver: Various magnesium alloys were prepared in a conventional manner, poured into a shot well or die casting machine and cast at 650-815°C in a mold 10.2 cm wide, 17.7 cm long and 2.5 cm high and with a central reinforcement that was 12.7 cm long and 0.5 cm in height and width. Samples were taken from each side of the central reinforcement and examined with regard to flexibility at % elongation (% E), strength properties at tensile strength (TS) and tensile yield strength (TYS) in 70.3 kg/cm 2, thermal conductivity at the electrical conductivity constant (K - mhos/cm 3) and seepage resistance at % seepage (% seepage) after 100 hours at 177°C under a stress of 352 kg/cm 2. Table V reproduces the results of these tests:

I tabell V er den første sammenligningsprøve (A) vesentlig av samme sammensetning som den kommersielle legering nr. AZ80C ifølge A.S.T.M., som har stor styrke, men relativt lav termisk ledningsevne, bøyelighet og sigemotstand. De neste 3 sammenligningsprøver (B,C In Table V, the first comparative sample (A) is essentially of the same composition as the commercial alloy No. AZ80C according to A.S.T.M., which has high strength but relatively low thermal conductivity, ductility and creep resistance. The next 3 comparison samples (B,C

og D) indikerer det kritiske aluminium- og silisium-innhold med hensyn på forbedret sigemotstand. Sammenligningsprøve B, som inneholder silisium innenfor de grenser som er angitt i patentkravet, har et aluminiuminnhold som ligger utenfor det område som er angitt for legeringen som anvendes i henhold til oppfinnelsen. Mens aluminiuminnholdet i sammenligningsprøvene C og D er lavere enn for de etterfølgende legeringer, inneholder de mindre silisium enn det som er nødvendig for oppnåelse av den forbedrede uventede sigemotstand and D) indicates the critical aluminum and silicon content with regard to improved seepage resistance. Comparative sample B, which contains silicon within the limits specified in the patent claim, has an aluminum content that lies outside the range specified for the alloy used according to the invention. While the aluminum content of comparative samples C and D is lower than that of the subsequent alloys, they contain less silicon than is necessary to achieve the improved unexpected creep resistance

ved aluminium-konsentrasjonen til legeringen som anvendes i henhold til oppfinnelsen . Selv om de har fullgod styrke, har B,C og D relativt dårlig" sigemotstand. by the aluminum concentration of the alloy used according to the invention. Although they have very good strength, B, C and D have relatively poor resistance to seepage.

Legeringene E-J har betydelig forbedret sigemotstand i forhold til legeringene A-D, hvilket antydes ved lavere %sig., men bøyelig-heten er ikke særlig forbedret (dvs. %E er ikke særlig høyere), bortsett fra for legeringene I og J. Videre er den termiske ledningsevne omtrent som før. Alloys E-J have significantly improved creep resistance compared to alloys A-D, which is indicated by the lower %sig., but the ductility is not much improved (i.e. %E is not much higher), except for alloys I and J. Furthermore, the thermal conductivity about the same as before.

Legeringene som anvendes ifølge oppfinnelsen er nr. 1,2 og 3. Disse har betydelig forbedret sigemotstand,.høyere bøyelighet og forbedret termisk ledningsevne, som måles ved økende K-verdier, mens strekkflytegrensen (TYS) reduseres lite eller intet. Legeringene i tabellen skiller seg altså i 3 grupper, basert på aluminiuminnholdet, beroende på den spesielle kombinasjon av mekaniske og termiske egenskaper som ønskes. Legeringer som inneholder 5,5 til 8,5% aluminium (E-J), har lik eller høyere styrke og termiske egenskaper, mens de oppnår en to- til tredobbelt økning i sigemotstand i forhold til AZ80C. De legeringer som kan anvendes i henhold til oppfinnelsen (1-3), gir en enda større forbedring i sigemotstand og viser også forbedret bøyelighet og termisk ledningsevne, mens strekkfastheten (TS) er redusert bare lite eller intet. The alloys used according to the invention are Nos. 1, 2 and 3. These have significantly improved creep resistance, higher flexibility and improved thermal conductivity, which is measured by increasing K values, while the tensile yield strength (TYS) is reduced little or not at all. The alloys in the table are therefore divided into 3 groups, based on the aluminum content, depending on the particular combination of mechanical and thermal properties that is desired. Alloys containing 5.5 to 8.5% aluminum (E-J) have equal or higher strength and thermal properties, while achieving a two- to threefold increase in creep resistance over AZ80C. The alloys that can be used according to the invention (1-3) provide an even greater improvement in creep resistance and also show improved flexibility and thermal conductivity, while the tensile strength (TS) is reduced only slightly or not at all.

Claims

Use of a magnesium alloy containing 3.0-5.5 wt% aluminum, 0.5-1.0 wt% silicon, 0.2-0.5 wt% manganese, 0-1.0 wt% zinc and the rest magnesium , for the production of die-cast objects

which during use must be exposed to temperatures between 93 and 204°c and at these temperatures must show good resistance to seepage and good thermal conductivity.