NO764228L

NO764228L -

Info

Publication number: NO764228L
Application number: NO764228A
Authority: NO
Inventors: W Unsworth; J F King; S L Bradshaw
Original assignee: Magnesium Elektron Ltd
Priority date: 1975-12-17
Filing date: 1976-12-14
Publication date: 1977-06-20
Also published as: DE2657091A1; GB1527877A; JPS6024169B2; CA1074157A; NL7614027A; FR2335610B1; IN156415B; BE849514A; AU499747B2; IL51115A0; FR2335610A1; IL51115A; SE432785B; AU2064276A; DE2657091C2; JPS52101615A; SE7614156L; ZA767449B; IT1065388B

Description

Mag n e s 1 u rn 1 e g e r i ri g e rMag n e s 1 u rn 1 e g e r i ri g e r

Nærværende -oppfinnelse vedrører nye magnesium-legeringer. The present invention relates to new magnesium alloys.

Magnesium-legeringer finner anvendelse overalt hvor liten vektMagnesium alloys are used wherever light weight

er viktig, og spesielt anvendes magnesium-legeringer i luftfarts-teknologien. Magnesiumlegeringer er kjent for sine gode mekaniske egenskaper, og da spesielt for høy flytegrense som bibeholdes selv ved høye temperaturer. Slike legeringer inneholder sølv, vanligvis i en mengde på - 3 vekts-$, og neodym, som kan tilsettes i form av en blanding av sjeldne jordmetaller. is important, and magnesium alloys are especially used in aviation technology. Magnesium alloys are known for their good mechanical properties, and especially for their high yield strength, which is maintained even at high temperatures. Such alloys contain silver, usually in an amount of -$3 by weight, and neodymium, which may be added in the form of a mixture of rare earth metals.

Norsk patentsøknad nr. 75^3^^ beskriver legeringer som inneholder sølv, neodym og thorium og, hvis ønsket, yttrium. Yttrium antas å øke legeringenes stabilitet med hensyn til strekk-egenskaper ved høyere temperaturer, d.v.s. i størrelsesorden ca. 250°C, samt forbedre motstanden mot kryping. Legeringene, som er beskrevet i norsk patentsøknad nr. 75^2^<;>+, og som inneholder yttrium og thorium, inneholder imidlertid minst 3 vekts-$ yttrium. Yttrium er et meget dyrt materiale. Norwegian patent application No. 75^3^^ describes alloys containing silver, neodymium and thorium and, if desired, yttrium. Yttrium is believed to increase the stability of the alloys with regard to tensile properties at higher temperatures, i.e. in the order of approx. 250°C, as well as improve resistance to creep. The alloys, which are described in Norwegian patent application no. 75^2^<;>+, and which contain yttrium and thorium, however, contain at least 3% by weight of yttrium. Yttrium is a very expensive material.

Ifølge nærværende oppfinnelse har man Tunnet at det ved tilsetning av mindre mengder yttrium til magnesiumlegeringer, som inneholder sølv og neodym, kan fremskaffes legeringer som egner seg for støping, og som har fordelaktige mekaniske egenskaper såsom motstand mot kryping ved høyere temperaturer. Hvis innholdet av yttrium er mindre enn 0,5 vekts-$ bør også thorium være tilstede. According to the present invention, it has been discovered that by adding small amounts of yttrium to magnesium alloys, which contain silver and neodymium, alloys can be obtained which are suitable for casting, and which have advantageous mechanical properties such as resistance to creep at higher temperatures. If the content of yttrium is less than 0.5 wt.-$, thorium should also be present.

Ifølge et aspekt ved nærværende oppfinnelse er det fremskaffet en magnesiumlegering, som, bortsett fra jern og andre urenheter, i vektsk inneholder følgende: According to one aspect of the present invention, a magnesium alloy is provided which, apart from iron and other impurities, contains by weight the following:

hvorved mengden av sjeldne jordmetaller samt Th ikke overstiger 2,0$, og hvorved, når ikke mer enn 0,5$ Y forekommer, rninimums-mengden av Th er bestemt av formelen Th = 0, 5 - Y , hvor whereby the amount of rare earth metals as well as Th does not exceed 2.0$, and whereby, when no more than 0.5$ Y occurs, the rninimum amount of Th is determined by the formula Th = 0.5 - Y , where

4 4

Th og Y betyr henholdsvis ^-mengde Th og Y.' Th and Y mean ^-quantity Th and Y, respectively.'

Minimumsmengden av thorium er slik at den kan væreThe minimum amount of thorium is such that it can be

0% ved yttrium^innhold på 0,5$ eller mer og øke lineært til en mengde på 0, 1% ved minimums-ihnholdet av yttrium på 0, 1% i henhold til ovenstående formel. Det bør nevnes at yttrium her ikke regnes som sjeldent jordmetall. 0% at yttrium content of 0.5$ or more and increase linearly to an amount of 0.1% at the minimum yttrium content of 0.1% according to the above formula. It should be mentioned that yttrium is not considered a rare earth metal here.

Når innholdet av yttrium er mindre enn 1% er,ifølge en utførelsesform av nærværende oppfinnelse, minimumsmengden av thorium bestemt ved formelen: When the content of yttrium is less than 1%, according to an embodiment of the present invention, the minimum amount of thorium is determined by the formula:

Ifølge denne utførelsesform er minimumsmengden av thorium 0% ved yttrium-innhold på 1% eller mer, og innholdet av thorium øker lineært til en verdi på 0, 2% ved minimums-innholdet av yttrium på 0, 1%. According to this embodiment, the minimum amount of thorium is 0% at yttrium content of 1% or more, and the thorium content increases linearly to a value of 0.2% at the minimum yttrium content of 0.1%.

De sjeldne jordmetallerie utgjøres fortrinnsvis av minst 75 vekts-# neodym. De inneholder fortrinnsvis ikke mer enn 15$ cerium og lantan tilsamrrien, aller helst ikke mer enn<%>~, da disse elementer har en ufordelaktig virkning på legeringens mekaniske egenskaper. Cerium og lantan kan med fordel i alt vesentlig.unngås. The rare earth metals preferably consist of at least 75% neodymium by weight. They preferably contain no more than 15$ of cerium and lanthanum combined, most preferably no more than <%>~, as these elements have an unfavorable effect on the alloy's mechanical properties. Cerium and lanthanum can with advantage be largely avoided.

■ Zlrkon kan forekomme 1 en mengde på opp til 1. 0%, fortrinnsvis minst 0, k%, 1 den hensikt å bevirke kornforfinlng. ■ Zlrkon can occur in an amount of up to 1.0%, preferably at least 0.k%, for the purpose of effecting grain refinement.

Opp til 2, 0% mangan kan også forekomme, men den samlede maksirnum-mengde av zirkon og mangan er begrenset av deres gjensidige løselighet. Up to 2.0% manganese may also occur, but the total maximum amount of zircon and manganese is limited by their mutual solubility.

Andre i magnesium løselige elementer kan være nærværende, forutsatt at de ved forming av legeringene ikke ugunstig oåvirker herdingsbehahdlingen eller senker smeltepunktet så meget at dette hindrer oppløsningen, av de sjeldne jordmetallene ved varme-behanling. Disse elementer og deres mengdevise tillatte forekomster er som' følger: Other elements soluble in magnesium may be present, provided that when forming the alloys they do not adversely affect the hardening treatment or lower the melting point so much that this prevents the dissolution of the rare earth metals during heat treatment. These elements and their quantitatively permitted occurrences are as follows:

■' - For å oppnå optimale mekaniske egenskaper er innholdet av sølv.fortrinnsvis 2 - y%. Varmebehandling er normalt nødvendig for oppnåelse av optimale mekaniske egenskaper i den støpte legering. Varme - • behandlingen omfatter vanligvis.innherding i oppløsnlngsbehandllng ved ens høyere^temperatur etterfulgt .av bråavkjøling samt elding for å oppnå .utsklllingsherding. Den nevnte oppløsnlngsbehandllng kan utføres .ved en temperatur fra 485°C til legeringens solidus-.temperatur samt elding ved en temperatur fra 100°C til ?75°C. ■' - In order to achieve optimal mechanical properties, the content of silver is preferably 2 - y%. Heat treatment is normally necessary to achieve optimal mechanical properties in the cast alloy. Heat treatment usually includes curing in solution treatment at an even higher temperature followed by rapid cooling and aging to achieve precipitation hardening. The aforementioned dissolution treatment can be carried out at a temperature from 485°C to the alloy's solidus temperature and aging at a temperature from 100°C to -75°C.

Typiske fremstillings-betingelser er oppløsnings-behandling ved ca. 525°C 1Acå. 8 timer og eldning ved 200°C i 16 timer. Typical manufacturing conditions are dissolution treatment at approx. 525°C 1Acå. 8 hours and aging at 200°C for 16 hours.

Når legeringen inneholder mer enn 0, 1% Cu bør høytempera-• tur-behandlingen være forutgått av en behandling ved en temperatur som ikke overskrider 485°C, f.eks. 465°C, for å unngå en begynnende When the alloy contains more than 0.1% Cu, the high temperature treatment should be preceded by a treatment at a temperature that does not exceed 485°C, e.g. 465°C, to avoid an incipient

smelting.melting.

Legeringene ifølge nærværende oppfinnelse skal i det følgende nærmere beskrives ved hjelp av eksempler. In the following, the alloys according to the present invention will be described in more detail by means of examples.

EksempelExample

Legeringene med-sammensetninger som vist i etterfølgende tabell ble fremstilt: Legeringene 1, 2 og 3 er legeringer som tjener som sammenlignings-legéringer. The alloys with compositions shown in the following table were prepared: Alloys 1, 2 and 3 are alloys that serve as comparison alloys.

Sølv ble tilsatt som rent sølv eller som en sølv/ magnesium-legering. De sjeldne jordmetallene ble tilsatt som et "blandingsmetall" eller en magnesium/sjelden Jordmetall-herdelegering. I alle tilfeller utgjordes dét sjeldne jordmetallet av minst 60 vekts-# neodym og ikke'mer enn tilsammen y% lantan og cerium. Thorium ble tilsatt som en magnesium/thorium-legering eller som r,,en thorium. Zlrkon ble tilsatt som magnesium/zirkon-herdemiddel eller tilført via et reduserbart ziirkonhalogenid. Yttrium ble tilsatt som ren yttrium eller som magriesium-yttrium-herdelegering. Silver was added as pure silver or as a silver/magnesium alloy. The rare earths were added as a "mix metal" or a magnesium/rare earth hardening alloy. In all cases, the rare earth metal consisted of at least 60% by weight of neodymium and no more than a combined y% of lanthanum and cerium. Thorium was added as a magnesium/thorium alloy or as r,,en thorium. Zlrcon was added as a magnesium/zirconia hardener or supplied via a reducible zircon halide. Yttrium was added as pure yttrium or as magriesium-yttrium hardening alloy.

• De støpte prøvestykkene ble varmebehandlet ved 525°C i 8.timer etterfulgt av bråkjøling og eldning i 16 timer ved 200°C. Flytegrense og maksimal strekkfasthet samt forlengelse • ble målt ved 250°C ifølge British, Standard 3688. Kryping ved 250°C ble målt ved hjelp av British Standard 3500, del 3. De mekaniske egenskapene ved romtemperatur ble målt i henhold til British Standard 18. Resultatene vises i den følgende tabell. • The cast test pieces were heat treated at 525°C for 8 hours followed by quenching and aging for 16 hours at 200°C. Yield strength and maximum tensile strength and elongation • were measured at 250°C according to British Standard 3688. Creep at 250°C was measured using British Standard 3500, Part 3. The mechanical properties at room temperature were measured according to British Standard 18. The results are shown in the following table.

Man ser at mens tilsetningen av yttrium praktisk talt ikke hadde noen ugunstig.virkning på strekkfas.thets-egenskapene til legeringen, så fikk man en merkbar forbedring med hensyn til motstand mot kryping. It can be seen that while the addition of yttrium had virtually no adverse effect on the tensile properties of the alloy, a noticeable improvement in creep resistance was obtained.

Når det gjelder legering 3 ser man at krype-egenskapene til legeringen, som inneholder mindre enn 0,5 vekts-# yttrium og In the case of alloy 3, it can be seen that the creep properties of the alloy, which contains less than 0.5 wt-# of yttrium and

ikke. noe thorium, ble dårligere enn lignende legeringer som inne-holdt thorium og yttrium. not. some thorium, was inferior to similar alloys containing thorium and yttrium.

Følgende kan sies med hensyn til legeringene som har The following can be said with respect to the alloys which have

sammensetninger i henhold til nærværende oppfinnelse:compositions according to the present invention:

(a) Tilsetningen av relativ små mengder yttrium til magnesiumlegeringer, som inneholder sølv, neodym og thorium, er fordelaktig med hensyn til økning av krype-motstand ved høyere temperaturer; (b) Gode mekaniske egenskaper ved høyere temperaturer kan fåes med legeringer som inneholder yttrium og thorium eller i det minste 0,5 vekts-# yttrium. (a) The addition of relatively small amounts of yttrium to magnesium alloys, which contain silver, neodymium and thorium, is beneficial in increasing creep resistance at higher temperatures; (b) Good mechanical properties at higher temperatures can be obtained with alloys containing yttrium and thorium or at least 0.5 wt-# yttrium.

Yttrium kan tilsettes til legeringene ifølge oppfinnelsen som ren.yttrium, men kan også tilsettes under lavere omkostninger i form av en blanding av yttrium og sjeldne jordmetaller, som inneholder minst 60$, fortrinnsvis minst 65$ yttrium. Yttrium can be added to the alloys according to the invention as pure yttrium, but can also be added at lower costs in the form of a mixture of yttrium and rare earth metals, which contains at least 60%, preferably at least 65% yttrium.

Claims

1. Magnesium alloy, characterized in that apart from iron and other impurities it contains at least 88 wt-# Mg, 1.6-3«5 wt-# Ag, 0.1-2.3 wt-# rare earth metals of which at least 60 wt -# is neodymium, 0-2.3 wt-# Th, 0.1-2.5 wt-# Y, 0-0.5-, wt-# Zn, 0-1.0 wt-# Cd, 0- 6.0 wt-# Li, 0-0.8 wt-# Ca, 0-2.0 wt-# Ga, 0-2.6 wt-# In, 0-5.0 wt-# Tl, 0- 1.0 wt-# Pb, 0-1.0 wt-# Bi, 0-0.15 wt-# Cu, 0-1.0 wt-# Zr, 0-0.2 wt-# Mn, whereby the amount of rare earth metals and thorium together does not exceed 3% by weight, and when the amount of yttrium does not exceed 0.5 wt-#, the minimum amount Th is given by means of the equation Tn °*5 - Y 4 where Th and Y are percentages by weight of Th and Y respectively, and whereby the maximum amounts of Zr and Mn are together limited by their mutual solubility.

<2>. Alloy.According to claim 1, characterized in that the rare earth metals comprise at least 75 wt # of neodymium,

3. Alloy according to claim 1 or 2, characterized in that the rare earth metals comprise no more than 15% by weight of lanthanum and cerium together.

4. Alloy according to claim 3" characterized in that the rare earth metals are made up of no more than 3% by weight of lanthanum and cerium together.

5. Alloy according to claim 4, characterized in that the rare earth metals essentially do not contain lanthanum or cerium.

6. Alloy according to one of. the preceding requirements, characterized in that the minimum quantity of thorium is defined using the equation, Th 1 - Y when less than 1 weight-# —_ yttrium occurs. *J

7» Alloy' according to one of the preceding claims, characterized in that it contains at least 0.4 wt-# of zircon.'

8. Alloy according to one of the preceding claims, characterized in that it contains from 2 to 15% silver by weight.

9* 'Procedure for the production of a heat-treated 'object of an alloy according to one of the preceding claims, "le a r aft- i'.$•>©.. cf t , v' e d that one makes dissolution heat treatment of it. formed object at a temperature from 485°C <1> tii the alloy's 'solidus^ temperature', after which the object is quenched to make it subject to aging at a temperature from 100°C to 275°C.. yi0.> Method according to claim 9, ,k"a rakt ev'r i s e r t in that the object is solution-treated at a temperature of approx. 525°C for approx. 8 hours. 11...; Method according to claim 9 or 10, characterized in that the object, which is made of copper containing more than 0.1% by weight of copper, is subjected to solution heat treatment at a temperature that does not exceed 485°C, and after which solution heat treatment is carried out at a higher temperature. 12. Method according to claim 9, 10 or 11, k a r a k - t e r i s e r t b e that the object is aged at a temperature of approx. 200°C for a time of approx. 16 hours.