NO317446B1 - Magnesiumlegering - Google Patents

Abstract

Magnesiumbasert legering for høytrykkspresstøping (HTPS), hvilken tilveiebringer god krymp- og korrosjonsbestandighet, inneholder minst 91 vektprosent magnesium; 0,1 til 2 vektprosent sink; 2 til 5 vektprosent sjeldent-jordmetall-komponent; 0 til 1 vektprosent kalsium; 0 til 0,1 vektprosent av et oksideringshemmende element annet enn kalsium (f.eks. Be); 0 til 0,4 vekt-prosent zirkonium, hafnium og/eller titan; 0 til 0,5 vektprosent mangan, ikke mer enn 0,001 vektprosent strontium; ikke mer enn 0,05 vektprosent sølv; og ikke mer enn 0,1 vektprosent aluminium, eventuell rest er tilfeldige urenheter. Til fremstilling av prototyper har gravitasjons(f.eks. sand)støpte og HTPS komponenter fra legeringen lignende mekaniske egenskaper, særlig strekkfasthet. Sistnevntes temperaturavhengighet er, selv om den er negativ, meget mindre enn for enkelte andre kjente legeringer.

Description

MAGNESIUMLEGERINGER

Høytrykkspresstøpte komponenter av magnesiumbaserte legeringer er blitt vellykket fremstilt i nesten 60 år \inder benyttelse av både varm- og kaldkammermaskiner.

Sammenlignet med gravitasjons- eller sandstøping, er høytrykkspresstøping en rask prosess egnet til produk-sjon i stor skala. Den hastighet som legeringen stivner med i høytrykkspresstøping (HTPS), innebærer at det støpte produkt har egenskaper som er forskjellig fra samme legering støpt ved gravitasjonsstøping. Særlig er kornstørrelsen vanligvis finere, og dette ville generelt ventes å føre til økt strekkfasthet med en sam-tidig reduksjon av krypbestandigheten.

Enhver tendens til porøsitet i det støpte produkt kan avhjelpes ved å bruke en "porefritt"-prosess (PFHTPS) hvor oksygen blir injisert i kammeret og bundet til støpelegeringen.

Den relativt grove kornstørrelse fra gravitasjonsstø-ping kan reduseres ved tilsetting av en kornraffinerende komponent, for eksempel zirkonium til legeringer som ikke inneholder aluminium, eller karbon eller kar-bid til aluminiumholdige legeringer. Høytrykkspres-støpte legeringer behøver derimot generelt ikke inneholde, og inneholder ikke, slik komponenter.

Man kan si at til midten av 1960-årene var de eneste magnesiumlegeringer som ble brukt kommersielt til høytrykkspresstøping, basert på Mg-Al-Zn-Mn-systemet, slik som legeringene kjent som AZ91 og varianter av disse. Siden midten av 1960-årene er det imidlertid blitt vist økende interesse for bruk av magnesiumbaserte legeringer til bruk utenfor luft- og romfart, særlig innenfor bilindustrien, og meget rene utgaver av kjente legeringer, slik som AZ91 og AM60 begynner å bli benyttet innen dette marked på grunn av deres sterkt forbedrede korrosj onsbestandighet.

Begge disse legeringer har imidlertid begrenset ytelse ved høyere temperaturer, og er ikke egnet til bruksom-råder noe særlig over 100°C.

Noen av de egenskaper som anses ønskelige ved en høytrykkspresstøpt legering, er: a) Produktets krypefasthet ved 175 "C så godt som for

AZ91-legeringer ved 150 "C.

b) Produktets romtemperaturstyrke lignende legeringer av AZ91-typen.

c) God vibrasjonsdempning.

d) Legeringens støpbarhet lignende, eller bedre enn, legeringer av AZ91-typen. e) Produktets korrosjonsbestandighet lignende leger-inger av AZ91-typen. f) Produktets varmeledningsevne fortrinnsvis bedre enn

for legeringer av AZ91-typen,

g) Kostnader på samme nivå som for legeringer av AZ91-typen.

En vellykket legeringsutvikling på dette stadium skjedde innenfor Mg-Al-Si-Mn-systernet, hvilken gav legeringer slik som dem kjent som AS41, AS21 og AS11; bare den første av disse er blitt fullt utnyttet; de andre to, selv om de gir enda høyere krypefasthet, blir vanligvis ansett som vanskelige å støpe, særlig siden det kreves høye smeltetemperaturer. AS41 imøtekommer de fleste av formålene ifølge listen ovenfor, selv om det for å være flytende har en temperatur som er 30 °C høyere enn for legeringer av AZ91-typen.

En annen rekke legeringer utviklet på omtrent samme tid innbefatter en sjelden-jordart-komponent, et typisk eksempel er AE42 som omfatter i størrelsesorden 4 % aluminium, 2 % sjelden jordart (sjeldne jordarter), omtrent 0,25 % mangan, og resten magnesium med mindre komponenter/urenheter. Denne legering har en ikke-markert flytegrense som i romtemperatur er lignende den som AS41 har, men som er høyere ved temperaturer høyere enn omtrent 150 °C (likevel viser den ikke-markerte flytegrense en relativt markert nedgang i verdi med stigende temperatur, slik det vil bli nevnt igjen nedenfor). Viktigere er det at krypefastheten for EA42 overstiger til og med AS21-legeringens ved alle temperaturer opp til i det minste 200 "C.

Den herværende oppfinnelse vedrører magnesiumbaserte legeringer i Mg-RE-Zn-systernet (RE = sjelden jordart). Slike systemer er kjent. Britisk patentspesifikasjon nr. 1 378 281 beskriver og viser således magnesiumbaserte lettstrukturlegeringer som omfatter neodym, sink, zirkonium og eventuelt kopper og mangan. En ytterligere nødvendig komponent i disse legeringer er 0,8 til 6 vektprosent yttrium.

Britisk patentspesifikasjon nr. 1 023 128 omtaler og

viser også magnesiumbaserte legeringer som omfatter et sjeldent jordmetall og sink. I disse legeringer er for-holdt mellom sink og sjeldent jordmetall fra 1/3 til 1, hvor det er mindre enn 0,6 vektprosent sjelden jordart; og i legeringer inneholdende 0,6 til 2 vektprosent

sjeldent jordmetall er det 0,2 til 0,5 vektprosent sink.

Nærmere bestemt vedrører de britiske patentspesifi-kasjoner nr. 607588 og 637040 systemer inneholdende opp til henholdsvis 5 % og 10 % sink. I GB 607588 er det angitt at "Krypebestandigheten blir ikke ugunstig på-virket av nærvær av sink i små eller moderate mengder, ikke overskridende 5 prosent for eksempel og "Nærvær av sink i mengder på opp til 5 prosent har en gunstig innvirkning på støpeegenskapene ved disse typer støping, hvor det er ønskelig å unngå stedfestet sam-mentrekning ved stivning, og noe spredt usunnhet vil være mindre uheldig". Et typisk kjent system er ZE53-legeringen, som inneholder en nominell 5 prosent sink-komponent og en nominell 3 prosent sjelden-jordart-komponent.

I disse systemer er det anerkjent at sjelden-jordart-komponenten fører til en utfelling ved korngrenser, og fremmer støpbarhet og krypebestandighet, selv om det kan være en liten nedgang i strekkfasthet sammenlignet med en lignende legering som mangler slik komponent. Utfellingens høye smeltepunkt bidrar til oppretthol-delse av støpingens egenskaper ved høye temperaturer. De to sistnevnte ovenstående britiske patenter vedrører sandstøping og nevner spesielt ønskeligheten av nærvær av zirkonium i støpelegeringen som et kornraffinerende element. For å være effektivt til et slikt formål sies den nødvendige mengde zirkonium å være mellom 0,1 og 0,9 vektprosent (metningsnivå) (GB 607588) eller mellom 0,4 og 0,9 vektprosent (GB 637040).

Slik det er brukt i nedenstående, er det med uttrykket "sjelden jordart" ment ethvert element eller enhver blanding av elementer med atomnummer 57 til 71 (lantan til lutetium). Selv om lantan strengt tatt ikke er et sjelden-jordart-element, kan det være eller ikke være til stede; "sjelden jordart" er imidlertid ikke ment å innbefatte elementer slik som yttrium.

Den herværende oppfinnelse tilveiebringer en magnesiumbasert legering for høytrykkspresstøping, hvilken legering omfatter

minst 91,9 vektprosent magnesium;

0,1 til 2 vektprosent sink;

2,1 til 5 vektprosent sjeldent-jordmetall-komponent annet enn ytrium;

0 til 1 vektprosent kalsium;

0 til 0,1 vektprosent oksidasjonshemmende element annet enn kalsium;

ikke mer enn 0,001 vektprosent strontium;

ikke mer enn 0,05 vektprosent sølv;

mindre enn 0,1 vektprosent aluminium, og i det vesentlige ikke noe uoppløst jern;

eventuell rest er tilfeldige urenheter.

Oppfinnelsen tilveiebringer også en magnesiumbasert legering for høytrykkspresstøping, omfattende minst 91 vektprosent magnesium;

0,1 til 2 vektprosent sink;

2,1 til 5 vektprosent sjeldent-jordmetall-komponent annet enn yttrium;

0 til 1 vektprosent kalsium;

0 til 0,1 vektprosent av et oksidasjonshemmende element annet enn kalsium;

0 til 0,4 vektprosent zirkonium, hafnium og/eller titan;

0 til 0,5 vektprosent mangan;

ikke mer enn 0,001 vektprosent strontium;

ikke mer enn 0,05 vektprosent sølv; og ikke mer enn 0,1 vektprosent aluminium;

eventuell rest er tilfeldige urenheter.

Kalsium, mangan, zirkonium/hafnium/titan og hvilket som helst element annet enn kalsium som hindrer oksidering (for eksempel beryllium) er valgfrie komponenter, og deres bidrag til sammensetningen vil bli omtalt senere.

Et foretrukket sinkområde er 0,1 til 1 vektprosent, og fortrinnsvis 0,2 til 0,6 vektprosent.

Ved å følge systemet i ASTM-nomenklaturen ville en legering inneholdende en nominell X vektprosent sjelden jordart og Y vektprosent sink, hvor X og Y er avrundet nedover til nærmeste hele tall, og hvor X er større enn Y, bli betegnet som en EZXY-legering.

Denne nomenklatur vil bli benyttet for legeringer ifølge eldre teknikk, men legeringer ifølge oppfinnelsen som definert ovenfor, vil fra nå av bli betegnet MEZ-legeringer uansett nøyaktig sammensetning. Sammenlignet med ZE53, kan MEZ-legeringer oppvise for-bedret krype- og korrosjonsbestandighet (forutsatt samme varmebehandling), under bibehold av gode støpe-egenskaper; sink finnes i en relativt liten mengde, særlig i de foretrukne legeringer, og forholdet mellom sink og sjelden jordart er ikke større enn 1 (og er betydelig mindre enn 1 i de foretrukne legeringer) sammenlignet med forholdet 5:3 for ZE53.

Videre er det, stikk imot normale forventninger, funnet ut at MEZ-legeringer ikke oppviser noen meget markert endring i strekkfasthet ved overgang fra sand- eller gravitasjonsstøping til høytrykkspresstøping. I tillegg endres kornstrukturen bare i en forholdsvis liten ut-strekning. MEZ-legeringer har således den fordel at det er rimelig å vente at egenskapene ved prototyper av artikler formet ved sand- eller gravitasjonsstøping ikke vil avvike mye fra egenskapene ved slike artikler der-etter masseprodusert ved høytrykkspresstøping.

Ved sammenligning viser høytrykkspresstøpte AE42-legeringer en mye finere kornstruktur og en omtrent tredoblet økning i strekkfasthet ved romtemperatur, som er omtrent 40 % større enn MEZ-legeringer. Strekkfast-hetens temperaturavhengighet, selv om denne er negativ for begge legeringstyper, er imidlertid markert større for AE42-legeringer enn for MEZ-legeringer, hvilket medfører at over omtrent 150 °C er MEZ-leger-inger til-bøyelige til å ha høyere strekkfasthet.

Videre er krypefastheten for høytrykkspresstøpte AE42-legeringer markert lavere enn for høytrykkspresstøpte MEZ-legeringer ved alle temperaturer opp til i det minste 177 °C.

Fortrinnsvis er resten av legeringssammensetningen, hvis det er noen rest, mindre enn 0,15 vektprosent.

Sjelden-jordart-komponenten ville kunne være cerium, sjeldent-jordmetall-legering inneholdende cerium eller sjeldent-jordmetall-legering hvor cerium er fjernet. En foretrukket nedre grense for området er 2,1 vektprosent. En foretrukket øvre grense er 3 vektprosent.

En MEZ-legering inneholder fortrinnsvis minimale mengder av jern, kopper og nikkel for å opprettholde en lav korrosjonsrate. Det er fortrinnsvis mindre enn 0,005 vektprosent jern. Lavt jerninnhold kan oppnås ved å tilsette zirkonium (for eksempel i form av Zirmax som er en l:2-legering av zirkonium og magnesium) for effektivt å felle ut jernet fra den smeltede legering. Når en MEZ-legering først er støpt, kan den inneholde en restmengde på opp til 0,4 vektprosent zirkonium, men foretrukne og mest foretrukne øvre grenser for dette element er henholdsvis 0,2 og 0,1 vektprosent. Fortrinnsvis er det en rest på minst 0,01 vektprosent. Zirmax er et registrert varemerke tilhørende Magnesium Elektron Limited.

Særlig ved nærvær av i det minste noe restzirkonium kan nærvær av opp til 0,5 vektprosent mangan også lede til lavt jerninnhold og reduserer korrosjon. Slik det vil bli nærmere beskrevet nedenfor, kan således tilset-ningen av så mye som omtrent 0,8 vektprosent zirkonium (men vanligere 0,5 vektprosent) være nødvendig for å oppnå et jerninnhold på mindre enn 0,003 vektprosent; imidlertid kan samme resultat oppnås med omtrent 0,06 vektprosent zirkonium dersom det også finnes mangan. Et alternativt stoff til fjerning av jern er titan. Nærvær av kalsium er valgfritt, men gir trolig forbedrede støpeegenskaper. En mindre mengde av et element slik som beryllium kan være til stede, fortrinnsvis ikke mindre enn 0,0005 vektprosent, og fortrinnsvis ikke mer enn 0,005 vektprosent, og ofte omkring 0,001 vektprosent, for a hindre oksidering av smeltemassen. Hvis det imidlertid oppdages at slike elementer (for eksempel beryllium) fjernes av stoffet (for eksempel zirkonium) som blir tilsatt for å fjerne jern, kan det i alle tilfeller være nødvendig å erstatte stoffet med kalsium. Kalsium kan således om nødvendig virke både som antioksidant og til å forbedre støpeegenskaper.

Fortrinnsvis er det mindre enn 0,05 vektprosent, og mer fortrinnsvis i det vesentlige ikke noe aluminium i legeringen. Fortrinnsvis inneholder legeringen ikke mer enn 0,1 vektprosent av hver av nikkel og kopper, og fortrinnsvis ikke mer enn 0,05 vektprosent kopper og 0,005 vektprosent nikkel. Fortrinnsvis er det i det vesentlige ikke noe strontium i legeringen. Fortrinnsvis omfatter legeringen i det vesentlige ikke noe sølv.

Ferdig støpt oppviser MEZ-legeringer liten korrosjonsrate, for eksempel mindre enn 2,50 mm/år (ASTM B117 salttåketest). Etter T5-behandling (24 timer ved 250

°C) er korrosjonsraten fremdeles liten.

Ferdig støpt kan en MEZ-legering ha en slik krypebestandighet, at tiden for å nå 0,1 prosent krypespen-ning under en påført belastning på 46 MPa ved 177 °C er lenger enn 500 timer; etter T5-behandling kan tiden fremdeles være lenger enn 100 timer.

Oppfinnelsen omfatter også anvendelse av en legering i henhold til hva som er beskrevet overfor til fremstilling av et støpeprodukt ved hjelp av høytrykkspresstø-ping, og dessuten anvendelses av en slik legering hvor det anvendes en fremgangsmåte med porefri høytrykks-presstøping.

Oppfinnelsen vil bli ytterligere illustrert under henvisning til de medfølgende figurer, og under henvisning til de vedføyde tabeller som vil bli beskrevet etter hvert som de forekommer. Fig. 1 viser kornstrukturen i gravitasjonsstøpt ZE53 med høyt zirkoniuminnhold, smeltemasse DF2218; Fig. 2 viser kornstrukturen i gravitasjonsstøpt ZE53 med tilsatt mangan, smeltemasse DF2222; Fig. 3 viser kornstrukturen i gravitasjonsstøpt MEZ med høyt zirkoniuminnhold, smeltemasse DF2220; Fig. 4 viser kornstrukturen i gravitasjonsstøpt MEZ med tilsatt mangan, smeltemasse DF2224; og Fig. 5 viser kornstrukturen i gravitasjonsstøpt MEZ med lavt zirkoniuminnhold, smeltemasse DF2291. Fig. 6 viser og sammenligner strekkegenskapene ved porefritt høytrykkspresstøpt MEZ- og AE42-legering; Fig. 7 viser og sammenligner strekkegenskapene ved høytrykkspresstøpt MEZ og porefritt høytrykkspresstøpte (PFHTPS) MEZ-legeringer; Fig. 8 viser effekten av varmebehandling på strekkegenskapene ved porefritt høytrykkspresstøpt MEZ ved ulike temperaturer; Fig. 9 viser måleresultatene for krypebestandighet i porefritt høytrykkspresstøpt MEZ, AE42 og ZC71 under ulike belastnings- og temperaturforhold; Fig. 10 viser kornstrukturen i porefritt høytrykks-presstøpt MEZ i ferdig støpt (F) tilstand; Fig. 11 viser kornstrukturen i porefritt høytrykks-presstøpt MEZ i T6-varmebehandlet tilstand; og Fig. 12 viser porøsiteten for høytrykkspresstøpt MEZ.

Forholdet F er "ferdig støpt", og T5-behandling innebærer å holde støpingen ved 250 °C i 24 timer. Ved T6-behandling holdes støpingen ved 420 °C i 2 timer, brå-kjøles i varmt vann, holdes ved 180 °C i 18 timer og avkjøles i luft.

Det ble foretatt en innledende undersøkelse av egenskapene ved MEZ-legeringer og ZE53-legeringer i gravi-tas jonsstøpt tilstand.

Tabell 1 vedrører ZE53- og MEZ-legeringer og angir effekten av mangan- eller zirkoniumtilsetning på jern-, mangan- og zirkoniuminnhold i den fremkomne legering.

De åtte første sammensetninger i tabell 1 omfatter fire varianter av hver av legeringene MEZ og ZE53. Ett sett av fire sammensetninger har tilsatt mangan for å kon-trollere jerninnholdet, og det andre sett har en relativt høy tilsetning av zirkonium {metningen er omtrent 0,9 vektprosent) med samme formål, og det ble støpt tynne prøvestaver {arrow bars/pilpinner) av disse. Et annet sett på fire valgt fra disse åtte sammensetninger er i ferdig støpt tilstand med det komplementære sett i T5-tilstand.

Tabell 2 angir disse åtte legeringers sammensetninger og tilstander mer detaljert, og målinger av de tynne prøvestavers (arrow bars/pilpinnenes) strekkfasthet.

Tabell 3 gir sammenligningsdata for krypegenskaper ved disse åtte MEZ- og ZE53-legeringer i form av de gravi-tasjonsstøpte tynne prøvestaver (arrow bars/pilpinner).

Tabell 4 gir sammenligningsdata for korrosjonsegen-skaper ved de åtte legeringsforbindelser i form av de gravitasjonsstøpte tynne prøvestaver (arrow bars/pil-pinner) , og illustrerer virkningen av T5-behandling på korrosj onsraten.

Korrosjonsdata for ytterligere to legeringer er satt opp i tabell 5, idet målingene er gjort på en sekvens av tynne prøvestaver (arrow bars/pilpinner) fra hver respektive enkeltstøping. I tillegg til elementene vist i tabellen, innbefattet hver av legeringene 2290 og 2291 2,5 vektprosent sjelden jordart og 0,5 vektprosent sink. Denne tabell er verdt en kommentar siden den viser at de staver som blir støpt først, er mer kor-rosjonsbestandige enn de som blir støpt mot slutten av prosessen. Selv om det ikke er ønskelig å binde seg til noen teori, synes det mulig at jernet blir utfelt av zirkoniumet, og at utfellingen er tilbøyelig til å bunnfelle fra væskefasen, slik at tidlige staver er frie for jern i forhold til senere støpinger.

Fig. 1 til 5 viser kornstrukturene i noen av disse gra-vi tas jonsstøpte tynne prøvestaver (arrow bars/pil-pinner) .

Fra denne innledende undersøkelse kan det sees at selv om T5-behandling er gunstig for krypegenskapene ved gravitasjonsstøpte ZE53-legeringer, er den ødeleggende for gravitasjonsstøpte MEZ-legeringer (tabell 3). Krypefastheten for ZE53 + Zr og begge typer MEZ-legeringer er betydelig høyere enn for AE42-legering, og blir vir-kelig betraktet som fremragende både for MEZ-legeringer i ferdig støpt (F) tilstand og ZE53 med zirkoniumleger-ing i T5-tilstand. T5-behandlingen er også gunstig for strekkegenskapene ved ZE53 med zirkonium, men har ikke noen vesentlig virkning på de tre øvrige legeringstyper (tabell 2).

Det vil også sees at jernnivå har en betydelig virkning på korrosjonsrate for alle legeringene (tabell 4 og 5). Sink har også en ødeleggende effekt, og korrosjonsbestandigheten for ZE53 ble funnet å være dårlig selv ved lavt jerninnhold. T5-behandling reduserer videre korrosjonsbestandigheten for alle legeringer. Dessuten forblir jernnivået forholdsvis høyt selv ved nærvær av 0,3 % Mn (uten nærvær av Zr).

Når jernmengden er tilstrekkelig stor til at det dannes en uoppløselig fase i legeringen, er korrosjonen betydelig. Når imidlertid mengden er tilstrekkelig liten til at alt jernet kan holde seg oppløst i selve legeringen, er korrosjon et langt mindre problem, og følge-lig inneholder MEZ-legeringer i det vesentlige ikke noe annet jern enn det som kan være oppløst i legeringen, og fortrinnsvis hovedsakelig ikke noe jern i det hele tatt.

Som et resultat av videre testing ble det funnet ut at for å oppnå et hensiktsmessig lavt jernnivå, f.eks. 0,003 %, var det nødvendig med en tilsetning av minst 6 % Zirmax både i tilfellet MEZ og ZE53. Dersom imidlertid mangan også forefinnes, reduseres den nødvendige tilsetning av Zirmax (eller tilsvarende mengde av en annen zirkonium-tilveiebringer) til omtrent 1 %.

Støpelegeringer gjennomgår en viss sirkulasjon under støpeprosessen, og kan ventes å bli utsatt for en økning i jerninnhold gjennom kontakt med jernholdige de-ler av støpeanlegget. Jern kan også tas opp fra resir-kulert avfall. Det kan derfor være ønskelig å tilsette tilstrekkelig med zirkonium til den innledningsvise legering til å tilveiebringe et restinnhold av zirkonium som er tilstrekkelig til å hindre denne uønskede økning av jern (opp til 0,4 vektprosent, fortrinnsvis ikke mer enn 0,2 vektprosent, og mest fortrinnsvis ikke mer enn 0,1 vektprosent). Dette kan vise seg å være mer gunstig enn et eventuelt alternativt forløp med tilsetting av ytterligere zirkonium før støping på ny.

I ett forsøk ble det funnet ut at MEZ-materiale med 0,003 % jern som resultat av en 0,5 % Zirmax-tilsetning gjennomgikk en økning i jern til 0,006 % ved omsmelting, med en nedgang i innholdet av zirkonium til 0,05 %. MEZ-materiale med 0,001 % jern som følge av en 1 % Zirmax-tilsetning gjennomgikk imidlertid en økning av jern bare til 0,002 % ved omsmelting, idet zirkonium-innholdet holdt seg i det vesentlige konstant.

For å undersøke egenskapene ved høytrykkspresstøpte legeringer ble en støpeblokk av MEZ med sammensetning 0,3 % Zn, 2,6 % RE (sjelden jordart), 0,003 % Fe, 0,22 % Mn og 0,06 % Zr støpt til teststaver ved hjelp av frem-gangsmåter med både høytrykkspresstøping og porefri høytrykkspresstøping. Detaljene fra fremgangsmåtene for støpingen er vedføyd (Vedlegg A).

Analyse av stavene er gitt i tabell 6, hvor FC1, FC2, FC3 viser prøver tatt henholdsvis i begynnelsen, midt i og i slutten av støpeforsøket. Den høye Zr-verdi for den først oppsatte forbindelse antyder tilstedeværelse av uoppløselig zirkonium, hvilket antyder en feil i prøvetakingsteknikken.

Tabell 7 og fig. 6 til 8 angir teststavenes målte strekkfasthetsegenskaper sammen med sammenlignbare målinger på lignende staver av AE42-legering. Det vil sees at MEZ og AE42 har lignende ikke-markerte flyte-grenser, men at mens AE42 har en høyere strekkfasthet ved romtemperatur, er situasjonen motsatt ved høyere temperaturer. Det syntes ikke å være noen nyttig fordel ved bruk av porefritt-prosessen, verken i stavene ferdig støpt eller etter T6-behandling.

Tabell 8 viser resultatene fra korrosjonstester på teststavene og lignende staver av AE42. Det viste seg å være vanskelig å fjerne all overflateforurensning, og bruken av alternative behandlinger bør bemerkes. Der hvor støpeflaten er fjernet, som i standardpreparat (B), syntes korrosjonsraten lik ved MEZ og AE42.

Resultatene av krypmåling på staver av begge legeringer

er vist i tabell 9 og på fig. 9. Til tross for resul-

tatspredningen kan det sees at krypefastheten for MEZ er langt høyere enn for AE42.

Fig. 10 og 11 viser kornstrukturen i en porefritt høytrykkspresstøpt MEZ-stav før og etter T6-behandling, og fig. 12 viser porøsiteten i en høytrykkspresstøpt MEZ-stav.

Som vist nedenfor, er en fordel ved den herværende oppfinnelse at prototyper for en masseproduksjonsprosess ved høytrykkspresstøping kan gravitasjonsstøpes, og særlig kan sandstøpes ved gravitasjon, i samme legering og i samme utforming som nødvendig for høytrykks-presstøpeprosess, mens det oppnås lignende strekkegenskaper.

En smeltemasse inneholdende 0,35 vektprosent sink, 2,3 vektprosent sjelden jordart, 0,23 vektprosent mangan og 0,02 vektprosent zirkonium {rest magnesium) ble produ-sert i 2-tonns skala. Et parti på 150 kg av samme stø-peblokkparti ble smeltet om og støpt i form av en bil-bunnpanne-utforming både ved gravitasjon-sandstøping og ved høytrykkspresstøping. Prøver ble skåret fra tre støpinger i hvert tilfelle, og deres strekkegenskaper ble målt ved omgivelsestemperatur, og resultatene er vist i henholdsvis fig. 10 og 11. Det vil sees at det er en sterk likhet mellom strekkegenskapene ved de sandstøpte og de presstøpte produkter.

I en separat test ble en ytterligere støpeblokk fra samme parti smeltet, men 6 vektprosent Zirmax {33 % Zr) ble tilsatt under anvendelse av tradisjonell magne-siumstøpepraksis. Analysen av den fremkomne smeltemasse viste 0,58 vektprosent zirkonium.

Et utsnitt av en sandstøping laget av denne smeltemasse, med samme bil-bunnpanne-utforming som ovenfor, ble testet for strekkfasthet ved omgivelsestemperatur. 0,2 % PS var 102 MPa, UTS var 178 MPa og forlengelse var 7,3 %, tall som er meget like de som finnes i tabell 10 og 11.

Disse resultater kan settes opp mot resultatene for AE42-legeringen (Mg-4%A1-2%RE-Mn), ikke innenfor den herværende oppfinnelse, hvilken kan anvendes på bruks-områder som krever god krypebestandighet ved høye temperaturer. I dette tilfelle er det, selv om det kan genereres tilfredsstillende egenskaper i høytrykkspres-støpte komponenter, umulig, som vist annetsteds i denne beskrivelse, å generere tilfredsstillende egenskaper i legeringen ved tradisjonelle sandstøpeteknikker.

For eksempel ble en AE42-legering (3,68 % Al; 2,0 % RE; 0,26 Mn) støpt i "steel chilled" "pilpinne"-former av stål. Strekkegenskaper ved prøver maskinert ut fra disse staver ble bare 46 MPa (0,2 % PS) og 128 MPa (UTS). Lignende staver støpt i en MEZ-legering ga ver-dier så høye som 82 MPa (0,2 % PS) og 180 MPa (UTS)

(0,5 % Zn; 2,4 % RE; 0,2 % Mn).

VEDLEGG A

a) Forsak med porefri hovtrvkkspresstøping av MEZ

MERK: Ytterligere 10 skudd PFHTPS ble utført etter for-søket med HTPS, hvilket samlet ga 150 strekkprøvestaver + 50 slagprøvestaver.

Identifisering av hver stav ble gjort ved å merke hver av dem med henholdsvis P-l, P-2, P-3, P-4 osv.

b) FORSØK MED HØYTRYKKSPRESSTØPING AV MEZ

MERK: Ytterligere 10 skudd med høytrykkspresstøping ble utført etter dette forsøk, hvilket totalt ga 152 strekkprøvestaver + 52 slagprøvestaver.

Identifisering av hver stav ble gjort ved å merke hver enkelt med henholdsvis 0-1, 0-2, 0-3 osv.

(c) FORSØK MED HØYTRYKKSPRESSTØPING MED AE42

Anvendt belastning i alle tester: 46 MPa (Dette er ver-dien som ifølge Dow data kreves for på 100 timer å tilveiebringe 0,1 % krypebelastning (KB) i høytrykkspresstøpt AE42-materiale.) Verdiene i tabellen er individuelle resultater.

Claims (17)

1. Magnesiumbasert legering for høytrykkspresstøping, karakterisert ved at den omfatter minst 91,9 vektprosent magnesium; 0,1 til 2 vektprosent sink; 2,1 til 5 vektprosent av en sjeldent-jordmetall-komponent annen enn yttrium; 0 til 1 vektprosent kalsium; 0 til 0,1 vektprosent av et oksideringshemmende element annet enn kalsium; ikke mer enn 0,001 vektprosent strontium; ikke mer enn 0,05 vektprosent sølv; mindre enn 0,1 vektprosent aluminium, og 1 det vesentlige ikke noe uoppløst jern; eventuell rest er tilfeldige urenheter.

2. Magnesiumbasert legering for høytrykkspresstøping, karakterisert ved at den omfatter minst 91 vektprosent magnesium; 0,1 til 2 vektprosent sink; 2,1 til 5 vektprosent av en sjeldent-jordmetall-komponent annen, enn yttrium; 0 til 1 vektprosent kalsium; 0 til 0,1 vektprosent av et oksideringshemmende element annet enn kalsium; 0 til 0,4 vektprosent zirkonium, hafnium og/eller titan; opp til 0,5 vektprosent mangan; ikke mer enn 0,001 vektprosent strontium; ikke mer enn 0,05 vektprosent sølv; og ikke mer enn 0,1 vektprosent aluminium; eventuell rest er tilfeldige urenheter.

3. Legering ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at eventuell rest i legeringssammensetningen er mindre enn 0,15 vektprosent .

4. Legering ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved et jerninnhold på mindre enn 0,005 vektprosent.

5. Legering ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved et alumi-niuminnhold som ikke er på mer enn 0,05 vektprosent .

6. Legering ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den er i det vesentlige fri for aluminium.

7. Legering ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den ikke inneholder mer enn 0,1 vektprosent av hver av nikkel og kopper i legeringssammensetningens rest.

8. Støpt legering ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved en slik krypebestandighet at den tid det tar for å nå 0,1 prosent krypeforiengelse under et påført trykk på 46 MPa ved 177 °C er lenger enn 500 timer.

9. Legering ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den etter oppvarming til 250 °C i 24 timer har en slik krypebestandighet at den tid det tar for å nå 0,1 prosent krypeforlengelse under et påført trykk på 46 MPa ved 177 °C er lenger 100 timer.

10. Støpt legering ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den viser en korrosjonsrate på mindre enn 2,5 mm/år målt i henhold til ASTM B117, salttåketest.

11. Legering ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at sjelden- jordart-komponenten er cerium, sjeldent-jordmetall-legering inneholdende cerium eller sjeldent-jordmetall-legering hvor cerium er fjernet .

12. Legering ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den inneholder 2,1 til 3 vektprosent sjelden-jordart-komponent.

13. Legering ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den ikke inneholder mer enn 1 vektprosent sink.

14. Legering ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den ikke inneholder mer enn 0,6 vektprosent sink.

15. Legering ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den i det vesentlige ikke inneholder noe aluminium og/eller i det vesentlige ikke noe strontium og/eller i det vesentlige ikke noe sølv.

16. Anvendelse av en legering i henhold til hvilket som helst av de foregående krav til fremstilling av et støpeprodukt ved hjelp av høytrykkspresstø-ping.

17. Anvendelses av en legering i henhold til krav 16 hvor det anvendes en fremgangsmåte med porefri høytrykkspresstøping.